Spectres infrarouges de fullerènes C60 hautement chargés positivement et leur pertinence pour l’émission infrarouge non identifiée

Existe-t-il enfin une base théorique plausible pour les origines moléculaires et les porteurs d’au moins certaines des bandes d’émission infrarouge non identifiées (UIE) les plus importantes qui ont mystifié les astronomes pendant des décennies ?

Les astrophysiciens et astrochimistes théoriciens du Laboratoire de recherche spatiale (LSR) et du Département de physique de l’Université de Hong Kong (HKU) semblent le penser, du moins en théorie, dans un article à comité de lecture qui vient d’être publié dans Le Journal Astrophysique.

Une équipe dirigée par le Dr SeyedAbdolreza Sadjadi, membre du LSR, et le professeur Quentin Parker, directeur du LSR au Département de physique, a maintenant intégré des travaux théoriques intéressants dans le mélange. Il identifie les espèces hautement ionisées de la célèbre molécule de buckminsterfullerène C60 en forme de ballon de football comme porteurs plausibles d’au moins certaines des bandes UIE les plus importantes et les plus énigmatiques qui ont défié les astronomes depuis leur découverte et leur étude il y a plus de 30 ans.

Premièrement, le Dr Sadjadi et le professeur Parker ont prouvé théoriquement que le C60 pouvait survivre dans des états stables depuis l’ionisation jusqu’à +26 (c’est-à-dire que 26 des 60 électrons de la buckyball sont éliminés) avant que la buckyball ne se désintègre (Sadjadi & Parker 2021). Maintenant, ils ont montré, en appliquant les premiers principes des calculs de chimie quantique, à quelles signatures théoriques dans l’infrarouge moyen de ces formes ionisées de fullerène on peut s’attendre. Les résultats peuvent enfin fournir au moins une résolution partielle de ce mystère astrophysique persistant.

Le professeur Parker a déclaré : « Je suis extrêmement honoré d’avoir joué un rôle dans les recherches étonnamment complexes en chimie quantique entreprises par le Dr Sadjadi qui ont conduit à ces résultats très excitants. Ils concernent d’abord la preuve théorique que le fullerène carbone 60 peut survivre à des températures très élevées. niveaux d’ionisation et maintenant ce travail montre que les signatures d’émission infrarouge de ces espèces correspondent parfaitement à certaines des caractéristiques d’émission infrarouge non identifiées les plus importantes connues. Cela devrait aider à revigorer ce domaine de recherche.

L’équipe principale de HKU a découvert que certains de ces fullerènes chargés positivement présentent de fortes bandes d’émission qui correspondent étroitement à la position des principales caractéristiques d’émission astronomiques UIE à 11,21, 16,40 et 20–21 micromètres (μm). Cela en fait des espèces cibles clés pour l’identification des caractéristiques UIE actuellement non identifiées et fournit une forte motivation pour les futures observations astronomiques dans la gamme de longueurs d’onde de l’infrarouge moyen afin de tester ces découvertes théoriques.

Ils ont également constaté que les signatures IR du groupe de ces cations C60 avec q = 1–6 sont bien séparées des bandes de 6,2 μm, qui sont associées à des molécules d’hydrocarbures aromatiques libres/isolées (appelées HAP, un autre vecteur potentiel d’UIE) . Cela facilite considérablement leur identification par rapport à d’autres porteurs potentiels. Cette découverte est particulièrement importante pour la discrimination et l’exploration de la coexistence d’hydrocarbures organiques complexes et de fullerènes dans les sources astronomiques.

Le Dr Sadjadi a déclaré : « Dans notre premier article, nous avons montré théoriquement que des fullerènes hautement ionisés peuvent exister et survivre à l’environnement hostile et chaotique de l’espace. C’est comme demander combien d’air vous pouvez expulser d’un ballon de football et le ballon conserve toujours sa forme. Dans cet article, nous avons travaillé avec deux autres éminents astrophysiciens et scientifiques planétaires, le professeur Yong Zhang et le Dr Chih-Hao Hsia, tous deux anciens membres du personnel de HKU mais toujours affiliés au LSR, pour déterminer les notes vibratoires moléculaires d’une symphonie céleste, c’est-à-dire , les caractéristiques spectrales que ces buckyballs ionisés joueraient/produiraient. Nous les avons ensuite chassés dans l’espace montrant que leurs notes/signatures se distinguent facilement des HAP.