科学研究

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发布日期:2022-10-14
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之江实验室计算天文团队在星际复杂有机分子研究中取得重要进展

近年来,星际复杂有机分子得到了越来越多的探测和研究。星际复杂有机分子被定义为含碳的包含六个及六个以上原子的分子,这些复杂分子不仅是天文源物理条件的有效探针,也是甘氨酸等生命物质的基本组成成分,与生命的起源密切相关。甲醇(CH3OH)即是一个最简单的复杂有机分子之一,更加复杂的如二甲醚(CH3OCH3)等,都在恒星形成区中被广泛探测到。

复杂有机分子的性质和形成机制研究是天体化学研究的重要一环。天体化学模型能够较好解释复杂有机分子在热分子云核中的形成,但近年来,研究人员通过射电望远镜观测发现,在冷云核中也存在着复杂有机分子。在低温条件下,分子会被冻结在尘埃表面,这说明可能存在着某种机制,使冷云核中的复杂有机分子得到了增丰,现有的天体化学模型则难以解释冷云核中复杂有机分子的形成。

为了解释冷云核中复杂有机分子的丰度问题,之江实验室智能计算平台研究中心计算天文团队博士后陈龙飞通过考虑尘埃的随机加热效应(即越小尺寸的尘埃在吸收一个高能光子的能量后会升高到越高的温度),来研究其对复杂有机分子合成的影响。

研究人员考虑了不同半径的尘埃,并模拟了尘埃的温度以及冷云核约十万年的化学演化历史。研究发现,在随机加热效应的作用下半径为4.7纳米的尘埃对复杂有机分子的合成起到的贡献作用最大。与五个冷云核中的实际观测数据进行对比,研究人员新提出的模型可以成功地解释复杂有机分子的丰度。

该研究成果已被英国《皇家天文学会月报》接收,文章链接见:

https://doi.org/10.1093/mnras/stac2566

该项研究成果的第一单位为之江实验室,并得到了来自国家天文台、山东理工大学和紫金山天文台的研究人员的支持。

目前,在之江实验室计算天文首席科学家、国家天文台FAST首席科学家李菂的带领下,以天体化学专家全冬晖研究员为核心的专业团队正依托之江实验室智能计算“数字反应堆”,在分子谱线搜索、分子量化计算与建模、观测数据解释与预测等方面进行全方位的探索。

“随着国际国内射电望远镜(阵)的投入使用(如ALMA,FAST),以及平方公里射电阵(SKA)的开工建设,预计未来将会探测到更多新的分子。分子在不同宇宙物理条件下的演化将会得到更加深入而广泛的研究,这些前沿研究将会帮助我们进一步认识宇宙生命起源问题。”李菂介绍道。

更深入的探测伴随的是海量的数据与密集的计算,这给天文数据的处理和分析带来了挑战。基于智能计算“数字反应堆”,之江实验室已建成FAST@LAB智能计算天文平台,实现了“中国天眼”FAST数据的隔天传输,大大加速科学成果发现过程。未来,之江实验室计算天文团队将继续深度挖掘FAST观测数据,规模化探测FRB/PSR等天体辐射现象,引领国际宇宙“时间前沿”瞬变天体物理研究。利用FAST@LAB计算平台,搭建分子量化计算处理管线,为星际分子谱线分析、分子化学演化研究提供支撑作用,揭示宇宙的“进化前沿”。结合天文、物理、化学与智能计算,探索研究宇宙星-质循环,揭示其中物理与化学原理,增进对宇宙复杂度与多样性的理解,以期解答地球生命起源、地外文明及宜居行星等问题。

 

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图1. 在冷云核L1689B中探测到的6种分子的丰度与模型预测的分子丰度之间的对比。图例中M3、M4、ref为三种模型的结果,后面的数字为模型最佳拟合时间,单位为年,其中a(b)=a×10b。背景图为L1689B所在的蛇夫座分子云复合体的光学图像,来源:ESA/Gaia/DPAC

 


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