天体物理环境中的硅酸盐尘粒

硅酸盐尘粒是宇宙尘埃的主要成分之一,它广泛存在于许多天体物理环境中,其特性随环境而变化。由于近年来观测数据的不断增加和红外光谱质量的逐步提高,宇宙空间中的硅酸盐尘粒正受到越来越多的关注．该文详细地介绍了在各种天体环境(星际空间、演化晚期恒星的星周尘埃包层、绕年轻恒星和主序星的星周尘埃盘、彗星的彗发和行星际空间)中的硅酸盐尘粒的观测特征,并分别对其物理和化学性质进行了综合比较．观测已经证实在星际尘埃演化的前身(演化晚期恒星的星周尘埃包层)和其遗迹(彗星)均有可观数量的结晶硅酸盐存在。但是至今还没有在其中间态(弥散星际介质)找到结晶硅酸盐存在的证据。这一尚未解决的难题突出了结晶态硅酸盐在天体物理研究中的重要意义。

星际2175A消光驼峰

星际消光曲线包含星际尘埃化学组分和尺寸分布的重要信息.2175A消光驼峰是星际消光曲线上最为显著的光谱特征.自1965年首次观测发现以来,人们注意到,2175A消光驼峰的强度随天体环境而变化,但其峰值波长基本恒定,变化小于0.5%.我们基于国际紫外卫星(International Ultraviolet Explorer,IUE)的观测光谱以及Kurucz恒星大气模型光谱,得到了26条星际视线的紫外消光曲线.我们发现,这些星际视线的2175A消光驼峰的中心波长并不恒定在2175A附近,而是在2130–2300A范围内呈现显著变化,这与半个多世纪以来人们对2175?消光特征的通常认识不同.2175A消光驼峰的中心波长并不恒定这一新的观测特性,对驼峰载体的证认提出了新的限制.

星际弥散吸收带

星际弥散带(diffuse interstellar bands;DIBs)是源自星际空间的数百条吸收谱线的总称.自20世纪20年代首次发现两条DIBs以来,对DIBs的观测和证认已有80多年的历史.迄今为止,共观测到了300多条DIBs,但没有一条DIB的载体(carrier)被完全证认.DIBs的证认被认为是困扰着天文学家80多年的天体物理学的经典难题之一.我们简要回顾了星际弥散带的观测历史,介绍了银河系和河外星系星际弥散带的一些观测特征、星际紫外消光2175驼峰强度和星际弥散带的相关性、星际弥散带之间的相关性和星际弥散带的分类方法;对星周环境中是否存在弥散吸收带的观测结果也给予了简要的评述;讨论了星际弥散带的载体和起源.

星际空间中的碳尘埃

碳是宇宙中仅次于氢、氦、氧的第4丰富的元素.在恒星演化晚期形成的碳元素,进入星际空间以后,以离子、原子、分子以及固体尘埃微粒的多种形式存在.含碳有机复杂分子是生命起源的基本物质.碳质尘埃是星际尘埃的主要成分之一,其红外光谱是探测各种天体环境物理和化学条件的重要指针.碳质尘埃如石墨、纳米金刚石、多环芳香烃、富勒烯、氢化非结晶碳等尘埃微粒是星际尘埃的重要研究对象,在星际空间广泛存在,它们是星际消光2175?驼峰、星际红外辐射谱带、星际弥散吸收带等光谱特征的最可能载体.本文主要介绍星际碳质尘埃的天文观测及其物理化学特性.近年来,石墨烯、碳纳米管逐渐进入人们的视野,本文亦将讨论与此相关的天文观测和理论模型的最新进展.

星际碳化硅SiC尘埃

碳化硅(SiC)尘粒是宇宙尘埃的重要成分之一,亚微米尺寸的SiC颗粒在11.3μm波长附近有非常显著的晶格振动带.早在20世纪60年代,Friedemann等人就预言了SiC尘粒可以冷凝在富碳恒星的质量流失喷出物中.随后,通过11.3μm的光谱特征,在碳星的星周包层检测到了SiC尘埃.另外,通过原始陨石中同位素异常发现前太阳(Presolar)SiC尘粒最终确立了SiC在星际介质中的存在.然而,令人困惑的是,在星际空间中并未观测到SiC的11.3μm吸收特征.本文主要介绍SiC的光学性质、SiC在天体环境中的观测特征,从而推断SiC在星际空间的丰度上限,并对其在星际空间中的演化进行理论分析.

星际碳纳米管的吸收光谱

近年来,石墨烯C_(24)在星际空间中通过其红外振动光谱而得以证认.因为石墨烯片卷曲可能形成碳纳米管(Carbon Nanotube,CNT),搜寻星际碳纳米管成为空间紫外和红外望远镜的重要关注点.本文采用离散偶极子近似方法计算最小的CNT—(5,0)CNT—在紫外、可见光和近红外波长范围内的吸收光谱.结果显示有四个比较明显的特征峰,它们的波长分别为∼0.3,∼0.5,∼0.9和∼2.9μm.随着CNT的增长,峰值吸收光谱的波长向红端移动.当管长达到23个或更多碳原子后,∼2.9μm特征峰变得异常的强.计算表明,为确保计算精度,偶极子数目应不少于C–C键数的10倍.