天文学家寻找太空神秘分子:揭示宇宙多样性

  图片显示的是SiC_(2n+1)H碳原子数与吸收波长的函数,可以看到极强的π-π电子跃迁。当分子链中含有13个或更多的碳原子——并没有显着长于宇宙中已知的碳链——时,这些强电子跃迁会与弥漫星际谱带的光谱区重合。

天文学家寻找太空神秘分子:揭示宇宙多样性

     据国外媒体报道,在无比广阔而又空旷的星际空间,存在着无数不易被察觉的小分子。这些分子来自古老恒星的融合过程,并在恒星爆炸时被抛入太空,成为宇宙中碳、氢、硅和其他原子的来源。科学家估计,宇宙中的碳大约有20%是以各种形式的星际分子存在的。

  许多天文学家还推测,这些星际分子也是地球上观测到的一种名为“弥漫星际谱带”(diffuse interstellar bands)现象的成因。光谱证据显示,某些特定的光线在到达地球之前,会被宇宙中的物质吸收。然而,我们并不知道这些神秘星际分子的确切化学组成和原子排列,因而还无法判定是否就是它们导致了弥漫星际谱带。

  在本周的《化学物理学报》(The Journal of Chemical Physics)杂志上,来自哈佛-史密松天体物理中心的科学家提出了一个新的可能解释:这些神秘分子可能是带有硅的碳氢化合物,如SiC3H、SiC4H和SiC5H。他们还提供了支持这一假说的数据和理论。研究者在论文中指出,以往提出的许多有关弥漫星际谱带来源的可能性,至今都还没有决定性的证据。

  天文学家早已知道含碳原子的星际分子存在,而且根据其特性,它们能吸收来自恒星和其他发光体的光线。科学家因此提出了一些星际分子的类型,作为弥漫星际谱带的来源。所谓弥漫星际谱带,是指在地球上拍摄的彩色光谱图中,会出现数百条暗吸收线。这些缺失的颜色反映了某些特定波长的光子在穿越浩瀚宇宙,到达地球的途中被吸收了。不仅如此,这些光子的波长还可以提供有关星际分子电子结构的确切信息。

  根据这一设想,科学家理论上可以利用光谱学鉴别出这些星际分子,即在实验室中找出可以产生相同吸收“指纹”的分子。不过,经过数十年的努力,导致弥漫星际谱带形成的分子依然是一个谜。还没有人能够在实验室中复制出与之相同的吸收光谱。

  “没有一个人能成功地鉴别出某个特定的分子,”前哈佛-史密松天体物理中心博士后、论文合着者尼尔·赖利(Neil Reily)说道。迈克尔·麦卡锡(Michael McCarthy)是哈佛-史密松天体物理中心的高级科学家,也是本研究的负责人,他和赖利等人在论文中提出了一组不同寻常的分子——硅末端的碳链自由基——作为弥漫星际谱带的可能来源。

  研究团队首先利用流体冷却的硅烷乙炔放电方法,在实验室中创建了含硅的碳链,包括SiC3H、SiC4H和SiC5H。然后,他们分析了这些分子的光谱,并进行了理论计算,预测出可能与弥漫星际谱带吻合的长链分子。

  不过,麦卡锡指出,目前的工作还不能揭示弥漫星际谱带的确切来源。要证明这些大型的硅末端碳氢分子就是科学家要寻找的目标,还需要在实验室中对它们的电子跃迁进行更多的观察,而这些可能才与天文学观测直接相关。

  无论如何,这项研究提供了一种寻找弥漫星际谱带成因的可能,并揭示了宇宙中丰富的分子多样性。“星际介质是一个非常奇妙的环境,”麦卡锡说,“许多在那里十分丰富的东西,在地球上却完全不为人知。”

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