团队运用了第一量子原理化学计算(FirstPrinciplesQuantumChemicalCalculations),表明在理论上富勒烯电离形式中的红外线发射特征(InfraredEmissionSignature)是可以预测的。图片提供:SeyedAbdolrezaSADJADI博士和柏坤霆教授。
(原新闻稿已于7月28日发布)
早于30年前,科学界发现了在恒星、星际云和星系光谱中存在着一些不明红外线辐射(UnidentifiedInfraredEmission、UIE);可是,天体物理学家一直都未能解开UIE波段的分子起源和它到底以甚么作为载体这谜题。由香港大学(港大)太空研究实验室的成员SeyedAbdolrezaSADJADI博士和港大物理学系教授兼太空研究实验室总监柏坤霆教授(ProfessorQuentinAPARKER)领导的研究团队,终于对这谜题理出一点眉目。
团队运用物理理论与方法,发现「巴克明斯特富勒烯」C60分子(又名巴基球)在理论上很有可能是UIE的载体。此发现刚刚获得著名科学期刊《天体物理期刊(TheAstrophysicalJournal)》刊登。
Sadjadi博士和柏坤霆教授于年的一项研究中,已证明了巴基球在理论上可电离化至+26(C60+26,即把巴基球的60个电子中的26个移除掉)并仍能以稳定的状态存在。而在这次的研究中,团队运用了第一量子原理化学计算(FirstPrinciplesQuantumChemicalCalculations),表明在理论上富勒烯电离形式中的红外线发射特征(InfraredEmissionSignature)是可以预测的。
研究团队发现,一些带正电荷的富勒烯(C60+26)有着很强的发射带,而在11.21、16.40和20-21微米(μm)的波长范围内更与UIE的特征非常吻合。此外,团队更能够将这些具有q=1-6的C60阳离子组(11.21、16.40、20-21μm)的红外线光谱特征,与具有6.2μm波段、同样被视为是UIE的载体的多环芳香族碳氢化合物(PAH)区分。此发现有助识别其他潜在载体,并对辨别和探索复杂烃类有机物和富勒烯的共存具有特别重要的意义。
柏坤霆教授道:「这项由Sadjadi博士主导、极为复杂的量子化学研究,取得了惊人的成果;能参与其中,我感到非常荣幸。他们首先证实了富勒烯——碳60(C60)——可以在高度电离下存活的猜想,现在又利用这一理论发现了其高度电离物质下的红外线发射特征竟与一些熟知的不明红外发射特征非常匹配。这一发现应该有助于重振这一研究的领域。」
Sadjadi博士说:「在我们的第一篇论文中,已从理论上证明了高度电离的富勒烯是存在的,并能在恶劣的太空环境中生存下来——这有如解答了让足球保持其形状不变的前提下最多可以挤出多少空气的疑问。这篇论文的成功还有赖另外两位著名的天体物理学家和行星科学家——张勇教授和夏志浩博士的合作。他们是前港大学者,现时仍然为港大太空研究实验室的成员。他们确认了『天体交响乐』中的『分子振动音调』,即这些电离巴基球会释放/产生的光谱特征;我们亦因而可以在太空中将这些光谱特征轻易捕获,并将之与PAH区分。
从预测巴基球电离形式中红外线的发射特征,到推想其为UIE波段分子的起源和载体,天体物理学家终能为谜题立下可信的理论基础,揭开「宇宙秘线」的神秘面纱。
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