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  • 国科大苏刚研究团队提出星际介质 国科大苏刚研究团队提出星际介质中紫外消光峰物理来源的新见解

           近日,苏刚教授研究团队基于氢化的T碳分子团簇提出新模型,对困扰人们半个多世纪的银河系星际介质中2175埃紫外消光峰的物理来源给出新解释,理论结果与实验观测相当吻合,相关研究成果最近发表于天文学国际权威期刊《皇家天文学会月刊》 (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 497, 2190-2200 (2020), DOI: 10.1093/mnras/staa2061)。

           1965年,美国马里兰州格林贝尔特戈达德太空飞行中心的科学家Theodore P. Stecher利用探空火箭测量五个恒星的1200至3000埃的紫外波段消光光谱时,首次观察到波长为2175埃的消光峰(ApJ 142, 1683 (1965))。随后,多个卫星观测证实在银河系的数十个星系中普遍存在2175埃的消光峰。对众多星系的大量观测研究表明,在星际介质中2175埃消光峰几乎无处不在,并且十分显著。最近的天文观测也显示这种神秘的2715埃消光峰甚至存在于类星体中。目前,天文学界广泛认为2715埃消光峰应该来自于碳物质。然而,经过半个多世纪的深入研究,这种消光峰的确切物理来源至今仍不清楚。虽然科学家已经提出了包括石墨、无定形碳、金刚石和多环芳香烃等传统的碳物质作为候选载体去解释其物理来源,但各自都存在一定的局限性,到现在为止仍然没有取得广泛共识。因此,如何解释星际介质中神秘的2715埃消光峰,目前仍是困扰人们的一大谜题。

           最近,来自中国科学院大学的苏刚研究团队提出新模型,对星际介质中2715埃消光峰的物理来源给出全新解释。他们通过研究提出了一个混合物模型,指出星际介质中的2175埃紫外消光峰与氢化的T-碳分子(hydrogenated T-carbon molecule,分子式为C40H16,简称HTC,其结构如图1所示)团簇可能密切相关。氢化的T-碳(HTC)分子是一种新的碳物质,目前尚未见到在实验室合成。他们通过计算发现,HTC分子的紫外光谱在2175埃处具有非常显著的吸收峰。通过该模型,他们将HTC混合物、石墨、MgSiO3和Fe2SiO4的吸收谱进行线性组合,结果发现银河系中任选的六个星系的紫外消光谱都可以被很好地拟合。

           几年前,苏刚研究团队提出了一种新型的碳同素异构体,命名为T-carbon(T-碳)(PRL 106, 155703 (2011)),引起了国内外同行的极大兴趣,也导致后续一系列针对此新结构的大量深入研究,发现T-碳在储氢、锂电池、热电、光催化、太阳电池、超导、拓扑物态等领域都具有重要的应用前景。T-碳是通过将金刚石中每个碳原子替换为碳四面体得到的碳的新结构,具有sp3杂化特征和较低的密度。最近,利用不同的实验方法,科学家们已经在实验室分别成功地将T-碳制备出来(Zhang J et al., Nat. Commun, 8, 683 (2017) ; Xu K et al., Carbon 157, 270 (2020))。通过实验测量T-碳的紫外吸收光谱,研究人员发现其吸收峰位于2250埃,十分接近2175埃。通过进一步计算发现,T-碳比较容易在负压环境中形成,这意味着T-碳及其碎片(分子或者团簇)可能易于在星际空间中以某种形式存在。这些研究结果显示T-碳或许与星际介质中2175埃的消光峰有关。考虑到星际空间充满了氢,在星际空间中的T-碳也有可能会以氢钝化的分子或团簇形式存在,从而形成氢化的T-碳(HTC)分子或团簇。

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    1 氢化的T-carbon分子(HTC分子式为C40H16)的结构示意图。红色和黄色的球分别代表碳原子和氢原子。

           苏刚团队计算了HTC分子的紫外吸收光谱,发现在2175埃处HTC分子具有非常明显的吸收峰,表明星际介质中2175埃紫外消光峰的物理来源很可能与氢化的T-碳分子或团簇存在密切联系。他们提出了一个基于HTC分子的混合物模型,计算发现HTC分子团簇混合物在2175埃处仍具有显著吸收峰。此外,由于硅酸盐和含镁和铁的橄榄石以及石墨颗粒也会是星际介质的成分,所以在此模型中也考虑了铁橄榄石(Fe2SiO4)、顽火辉石(MgSiO3)和石墨的紫外吸收光谱。

           通过线性组合HTC分子团簇混合物、石墨、MgSiO3和Fe2SiO4的紫外吸收光谱,发现在银河系中任选的六个星系(BD582292、HD239689、HD239742、HD239722、HD283800和HD147889)的紫外消光曲线按照此模型都可以被很好地拟合出来(如图2所示)。

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    2 (a) BD582292,(b) HD239689,(c) HD239742,(d) HD239742,(e) HD283800和(f) HD147889六个星系的归一化紫外消光曲线拟合结果。菱形表示观测数据,红色实线是拟合曲线,其他线条在(a)的图例中已标示。每个图中算式的系数表示四种成分(HTC混合物、石墨、MgSiO3和Fe2SiO4)按百分比给出的不同柱密度比。

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    3 银河系星际介质中对2175埃消光峰有贡献的组成成分示意图。背景是由美国宇航局和欧洲太空局的哈勃太空望远镜拍摄的星云图(已获许可)。

           这项研究通过提出新模型对银河系星际介质中2175埃紫外消光峰的物理来源给出了一个全新的解释,指出具有2175埃吸收峰的HTC分子的团簇混合物可能在解释星际介质2175埃消光峰的物理来源中起着重要作用。由于这项工作有助于解开这个存在长达半个多世纪的重要谜题,期望未来针对HTC分子及其团簇有更多的天文观测和实验室的研究工作出现。

           该论文的第一作者是国科大物理学院的博士生马星宇,第二作者是国科大的本科生朱炎炎。这项工作得到了国家重点研发计划、中国科学院、国家自然科学基金委和北京市科委的资助,相关计算在中国科学院超级计算中心的平台上完成。

    2020-11-18
  • 物理科学学院2020级301& 物理科学学院2020级301&302党支部开展“红色印记-老一辈科学家们的入党申请书”主题党日活动

          2020年11月29日12:30,物理学院2020级301&302党支部在学园二-114教室开展“红色印记-老一辈科学家们的入党申请书”主题党日活动,本次主题党日活动由党支部书记熊馨筠主持。

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          “中国科学院几代科学家求真务实、报国为民、无私奉献的先进事迹充分展现出我国广大知识分子的爱国情怀和高尚品格”。活动开始,熊馨筠同志以一段习近平总书记给予中国科学院老一辈科学家们的高度评价作为开始,让同学们感受到了老一辈科学家们的高尚品格。随后,熊馨筠同志相继分享了邓叔群院士、戴芳澜院士、龚祖同院士、李敏华院士等人的入党申请书片段,同学们体会到了老一辈科学家们对党忠诚、为民服务的优秀品质。

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          在分享交流环节,同学们分享了自己寻找到的老一辈科学家们的入党申请书:从不惧艰辛、毅然回国的钱学森先生,到曾被多次拒绝入党但始终不弃的华罗庚先生,再到“活到老就要学到老”的赵忠贤先生,同学们在前辈们的故事中对习近平总书记所说的“求真务实、报国为民、无私奉献”的优秀品质有了更加深刻地认识。

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          “我深深地感受到只有在共产党的领导之下,我国科学才有开展的前途。我愿将我的知识毫无保留地贡献给党和人民,终身为党的事业奋斗”,龚祖同院士的这段话给党员们留下了深刻印象。青年是国家和民族的未来,而青年党员们应该在同龄人中起到先锋模范作用,努力学习、不懈奋斗,学习老一辈科学家们的优秀品质,为人民谋幸福、为民族谋复兴!

    2020-12-01
  • 物理科学学院2020级303& 物理科学学院2020级303&304&305党支部开展“聚焦十九届五中全会”主题党日活动

           2020年11月29日19:00,物理科学学院2020级303&304&305党支部在中国科学院大学雁栖湖校区学园二-116教室开展“聚焦十九届五中全会”主题党日活动。本次主题党日活动由党支部书记马骏逸主持,宣传委员杨馥锦具体开展,物理学院2020级303&304&305党支部全体党员参与此次活动。

           为切实学习好、贯彻落实好中国共产党第十九届五中全会精神,我党支部全体成员共同学习解读十九届五中全会十四个五年规划和二〇三五年远景目标,并结合了自己的学习工作生活,展开了丰富的讨论。

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    (全体党员学习十九届五中全会)

           在宣传委员杨馥锦同志的带领下,全体党员同志对十九届五中全会进行了概览,学习了什么是中央全会、什么是十四五规划发展方向的六大要求和五个必须、有哪些十四五规划主要涉及的方面、十四五规划的编制进程是怎么样的、十三五经济及社会发展成就回顾以及十四五规划的重要性等问题。

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    (李国安同志正在发表自己的见解)

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    (孟颖同志正在发表自己的见解)

           之后,党员同志们积极讨论了关于十九届五中全会对我们当代青年人的激励作用,“十四五”时期是我国全面建成小康社会、实现第一个百年奋斗目标之后,乘势而上开启全面建设社会主义现代化国家新征程、向第二个百年奋斗目标进军的第一个五年。从‘十四五’到2035,这段时间足够我们这一代人成长为有理想、有本领、有担当的中流砥柱,学习好自己的专业知识,为中国特色社会主义的航船继续乘风破浪积蓄力量。

           最后,宣传委员杨馥锦同志代表总结发言,激励全体学生党员同志们在这个伟大的时代中保持战略定力,办好自己的事,发扬斗争精神,抓住机遇,应对挑战,奋勇前进,为实现中华民族伟大复兴而不懈奋斗。

                                                                                                                                                                                                                                                        

    2020-12-01
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