Infrarotspektren von hoch positiv geladenen C60-Fullerenen und ihre Relevanz für nicht identifizierte Infrarotemission

Gibt es nun endlich eine plausible theoretische Grundlage für die molekularen Ursprünge und Träger von zumindest einigen der prominentesten unidentifizierten Infrarotemissionsbänder (UIE), die Astronomen jahrzehntelang verwirrt haben?

Die theoretischen Astrophysiker und Astrochemiker des Laboratory for Space Research (LSR) und des Department of Physics der University of Hong Kong (HKU) scheinen dies zumindest in der Theorie in einem soeben veröffentlichten Peer-Review-Artikel zu glauben Das Astrophysikalische Journal.

Ein Team um Dr. SeyedAbdolreza Sadjadi, Mitglied der LSR, und Professor Quentin Parker, Direktor der LSR im Fachbereich Physik, hat nun einige interessante theoretische Arbeiten in die Mischung eingebracht. Es identifiziert stark ionisierte Spezies des berühmten fußballförmigen Buckminsterfulleren-C60-Moleküls als plausible Träger von mindestens einigen der prominentesten und rätselhaftesten UIE-Banden, die Astronomen herausgefordert haben, seit sie vor über 30 Jahren zum ersten Mal entdeckt und untersucht wurden.

Zuerst haben Dr. Sadjadi und Professor Parker theoretisch bewiesen, dass C60 in stabilen Zuständen von der Ionisierung bis zu +26 überleben kann (dh 26 der 60 Elektronen im Buckyball werden entfernt), bevor der Buckyball zerfällt (Sadjadi & Parker 2021). Jetzt haben sie durch Anwendung quantenchemischer Berechnungen nach dem Prinzip der Grundlagenforschung gezeigt, welche theoretischen Signaturen im mittleren Infrarotbereich dieser ionisierten Formen von Fulleren zu erwarten sind. Die Ergebnisse könnten zumindest eine teilweise Lösung dieses anhaltenden astrophysikalischen Rätsels liefern.

Professor Parker sagte: „Ich fühle mich außerordentlich geehrt, an den erstaunlich komplexen quantenchemischen Untersuchungen von Dr. Sadjadi mitgewirkt zu haben, die zu diesen sehr aufregenden Ergebnissen geführt haben. Sie betreffen zunächst den theoretischen Beweis, dass Fulleren-Kohlenstoff 60 bis zu sehr hohen Werten überleben kann Niveaus der Ionisierung, und jetzt zeigt diese Arbeit, dass die Infrarotemissionssignaturen solcher Arten hervorragend zu einigen der auffälligsten nicht identifizierten bekannten Infrarotemissionsmerkmale passen. Dies sollte dazu beitragen, diesen Forschungsbereich wiederzubeleben.“

Das HKU-Leitungsteam fand heraus, dass einige dieser positiv geladenen Fullerene starke Emissionsbanden aufweisen, die eng mit der Position der wichtigsten astronomischen UIE-Emissionsmerkmale bei 11,21, 16,40 und 20–21 Mikrometer (μm) übereinstimmen. Dies macht sie zu wichtigen Zielarten für die Identifizierung der derzeit nicht identifizierten UIE-Merkmale und bietet eine starke Motivation für zukünftige astronomische Beobachtungen im mittleren Infrarot-Wellenlängenbereich, um diese theoretischen Erkenntnisse zu testen.

Sie fanden auch heraus, dass die IR-Signaturen der Gruppe dieser C60-Kationen mit q = 1–6 gut von den 6,2-μm-Banden getrennt sind, die mit freien/isolierten aromatischen Kohlenwasserstoffmolekülen (sogenannten PAHs, einem weiteren potenziellen Träger von UIE) assoziiert sind. . Dies hilft erheblich bei ihrer Identifizierung von anderen potentiellen Trägern. Dieser Befund ist besonders wichtig für die Unterscheidung und Erforschung der Koexistenz von komplexen organischen Kohlenwasserstoffen und Fullerenen in astronomischen Quellen.

Dr. Sadjadi sagte: „In unserer ersten Arbeit haben wir theoretisch gezeigt, dass hochionisierte Fullerene existieren und in der rauen und chaotischen Umgebung des Weltraums überleben können. Es ist, als würde man fragen, wie viel Luft man aus einem Fußball herausdrücken kann und der Ball trotzdem seine Form behält In diesem Papier haben wir mit zwei anderen führenden Astrophysikern und Planetenwissenschaftlern, Professor Yong Zhang und Dr , die spektralen Merkmale, die diese ionisierten Buckyballs spielen/produzieren würden. Wir jagten dann im Weltraum nach ihnen und zeigten, dass ihre Noten/Signaturen leicht von PAKs zu unterscheiden sind.“