研究解释星际空间中负离子形成的原因

摘要:

据外媒报道,星际云是新恒星的诞生地,但它们也通过尘埃和气体区域在宇宙中的生命起源中发挥着重要作用,在这些区域中形成了化学化合物。由奥地利因斯布鲁克大学离子物理和应用物理研究所的ERC奖得主Roland Wester领导的分子系统研究小组,已经为自己设定了更好地理解空间基本分子发展的任务。

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“简单地说,我们的离子阱使我们能够在实验室中重现太空中的条件,”Roland Wester解释说。“这个仪器使我们能够详细研究化合物的形成。”与Roland Wester合作的科学家们现在已经找到了对空间中负电荷分子如何形成的解释。

一个建立在理论基础上的想法

在2006年发现太空中第一个带负电的碳分子之前,人们认为星际云只包含带正电的离子。从那时起,带负电的离子是如何形成的,一直是一个悬而未决的问题。意大利理论家Franco A. Gianturco在因斯布鲁克大学作为科学家工作了8年,他在几年前开发了一个理论框架,可以提供一个可能的解释:弱结合态的存在,即所谓的偶极子结合态,应该会增强自由电子对线性分子的附着。这样的分子有一个永久的偶极矩,在距离中性核相对较远的地方加强了相互作用,提高了自由电子的捕获率。

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在他们的实验中,因斯布鲁克的物理学家们创造了由三个碳原子和一个氮原子组成的分子,将它们电离,并在极低的温度下用激光在离子阱中轰击它们。他们不断改变光的频率,直到能量大到足以从分子中弹出一个电子。

阿尔伯特·爱因斯坦在100年前描述了这种所谓的光电效应。来自因斯布鲁克大学的博士培训项目 "原子、光和分子 "的早期研究人员Malcolm Simpson对测量数据的深入分析,最终揭示了这一难以观察的现象。他将数据与理论模型进行比较,最终提供了存在偶极子结合态的明确证据。

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"我们的解释是,这些偶极子结合态代表了自由电子与分子结合的一种开门方式,从而促进了空间中负离子的产生,"Roland Wester说。"如果没有这个中间步骤,电子将非常不可能真正与分子结合"。

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