Photodesorption of water ice from dust grains and thermal desorption of cometary ices studied by the INSIDE experiment
一个新的实验装置星际冰尘实验(INSIDE)是为了研究以冰包裹的碳和硅酸盐基尘埃颗粒为代表的宇宙颗粒类似物而设计的。在新仪器中,我们可以模拟星际和星周环境中普遍存在的物理和化学条件。该装置将超真空和低温条件与红外光谱法和质谱法相结合。利用INSIDE,我们计划研究灰尘/冰样品表面的物理和化学过程,如吸附,解吸和分子的形成。第一个实验上的光解吸水冰分子从表面的硅酸盐和碳颗粒的UV光子揭示了强烈的影响,特别是在单层政权的表面性质上的解吸产率。在第二个实验中,首次研究了由六种分子组分组成的彗星冰类似物的热脱附。CO2和CH 3OH与O2的共解吸表明,在彗星或星际冰中的高O2浓度下,“重”冰分子可以部分被捕获在O2中,并比预期更早地释放到气相中。这种效应可以解释天文学在寒冷稠密的星际云中探测到复杂的有机分子。
2019-05-31 astro-ph.GA astro-ph.IM
The negligible photodesorption of methanol ice and the active photon-induced desorption of its irradiation products
甲醇是星际和星周冰幔的常见成分,经常被用作恒星形成区的演化指示剂。在低至10 K的温度下,致密分子云内部的气相甲醇的观测表明,非热冰解吸必须是活跃的。冰光解吸被提出来解释的丰富的气相分子朝向最冷的地区。进行了实验室实验,以调查潜在的光解吸甲醇向最冷的地区。在8 K下沉积固体甲醇,并在从8 K开始的各种温度下进行UV照射。通过红外光谱监测冰的照射,并使用四极质谱检测气相中的分子。使用全氘代甲醇确认结果。在不同的辐照温度下,在质谱中没有观察到甲醇光脱附到气相。我们估计每个入射光子的上限为3x 10 e-5个分子。另一方面,可以清楚地观察到主要光产物的光子诱导解吸。甲醇的可忽略的光解吸可以通过在114 - 180 nm(10.87 - 6.88 eV)范围内的UV光子有效地解离该分子的能力来解释。因此,在没有热解吸的情况下气相甲醇的存在仍然无法解释。另一方面,我们发现CH_4从辐照的甲醇冰中脱附,这在纯CH_4冰辐照实验中没有发现。
2016-05-05 astro-ph.GA astro-ph.IM
Wavelength-dependent UV photodesorption of pure N2 and O2 ices
来自冰质星际颗粒的分子的紫外光解吸可以解释在热解吸可以忽略的区域中观察到的冷气体。这种非热解吸机制在紫外线通量高的地方尤其重要。N2和O2预计将在固态和气相的天体化学反应网络中发挥关键作用。这两个红外线不活跃的分子的波长依赖的光解吸速率的测量提供了天文和物理化学的见解,其光解吸所需的条件。可调谐辐射从SOLEIL同步加速器在天体物理学相关的7至13.6 eV的范围内的CORS光束线被用来照射纯N2和O2薄的冰膜。通过四极质谱监测分子的光解吸。绝对速率通过使用良好校准的CO光解吸速率计算。战略N2和O2同位素的混合物被用来调查电离辐射的重要性。N2光脱附主要通过激发b^1Pi_u态和随后的表面分子脱附发生。在N2光脱附光谱中观察到的电子振动结构,以及没有N3形成,支持N2的光脱附机制类似于CO,即,间接DIET(电子跃迁诱导的解吸)过程,而没有解吸分子的解离。相比之下,O2光解吸在7 - 13.6 eV范围内发生通过解离,并提出没有振动结构。光解吸率的N2和O2集成在远紫外线领域从各种恒星形成的环境是低于CO。率之间变化10 E-3和10 E-2 photodesorbed分子每入射光子。
2013-09-18 astro-ph.EP astro-ph.GA
X-ray photodesorption of complex organic molecules in protoplanetary disks -- I. Acetonitrile CH3CN
本研究通过实验量化了原行星盘中乙腈(CH3CN)在不同星际冰相中的X射线光致脱附产率,发现其脱附效率高度依赖于局部冰环境条件,为解释盘中观测到的CH3CN丰度提供了重要依据。
2023-06-22 astro-ph.GA astro-ph.IM
Accretion and photodesorption of CO ice as a function of the incident angle of deposition
近年来,星间和星周冰幔对尘埃颗粒的非热解吸,特别是紫外光子诱导的解吸越来越重要。这些过程可能解释了观测到的像CO这样的分子在冷星际云中的气相丰度。气体分子从各个方向和入射角撞击尘埃,导致冰幔生长。然而,沉积的入射角对冰的光脱附速率的影响还没有研究。本文研究了CO气体分子与冷表面的入射角对CO冰层的吸积和光脱附速率的影响。红外光谱监测CO冰沉积后,在不同的角度,紫外线照射,和随后的热身。紫外分光光度计和镍网测量紫外灯的发射。在辐射或升温过程中从冰喷射到气体中的分子由四极质谱仪表征。在11 K和不同入射角下,CO冰的光脱附速率在0 ~ 45 $^{\circ}$之间相当稳定。CO光解吸速率的最大值出现在70 $^{\circ}$ -入射沉积角附近。相同的沉积角度导致水冰的最大表面积。虽然这项研究的表面积不能进行CO冰,类似的角度依赖的光解吸和冰的表面积表明,它们是密切相关的。CO冰的热脱附实验提供了进一步的证据,CO冰的形态依赖于沉积角。
2019-05-07 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
Photodesorption of SO2 and SO from UV-irradiated SO2 ices
本研究通过实验测量了紫外辐照SO2冰中SO2和SO的光致解吸产率,发现其随温度变化,并利用化学模型评估了其对天体物理环境中气相丰度的贡献。
2025-07-08 astro-ph.GA astro-ph.SR
Spectrally-resolved UV photodesorption of CH4 in pure and layered ices
上下文甲烷是星际尘埃颗粒冰幔的主要成分之一,它处于丰富的固相化学网络的起点。量化这些冻结分子的光子诱导解吸产率和理解的基本过程是必要的,以准确地模拟观测和星际介质的各个区域的化学演化。目的。本研究的目的是在实验上确定的绝对光解吸产率的甲烷分子作为光子能量的函数。冰的组成的影响也进行了研究。通过研究层状CH 4:CO冰的甲烷解吸,间接解吸过程中触发的CO分子的激发进行监测和量化。方法.来自SOLEIL同步加速器的CORS光束线的可调谐单色VUV光在7 - 13.6 eV(177 - 91 nm)范围内用于照射纯CH 4或沉积在CO冰样品顶部的CH 4层。在气相中的物种的释放是由四极质谱监测和完整的CH 4的绝对光解吸产率推导。结果对于高于~ 9.1eV(~136 nm)的光子能量,CH 4光解吸。的光解吸光谱如下的吸收光谱的CH 4,这证实了介导的冰中的电子跃迁的解吸机制。当它被沉积在顶部的CO,CH 4解吸8和9 eV之间的CO吸收的图案特征,表示解吸诱导的能量转移从CO分子。结论.在不同的星际环境中,CH 4从纯冰中的光脱附率约为每入射光子2.0 x 10^-3个分子。CO诱导的CH 4的间接解吸的结果提供了有用的见解,这一过程的推广到其他分子与CO共存的冰幔。
2017-04-18 astro-ph.GA physics.chem-ph
Vacuum-UV photodesorption from compact Amorphous Solid Water : photon energy, isotopic and temperature effects
覆盖在星际颗粒上的富水冰幔的真空紫外(VUV)光脱附在恒星和行星形成区域的气冰比中起着重要的作用。水冰的定量光解吸产率对于天体化学模型至关重要。我们的目标是提供第一个定量的光子能量依赖的光脱附产率从水冰在真空紫外。这些信息对于理解光解吸机制和解释星际辐照条件下产率的变化是很重要的。实验已经在SOLEIL同步加速器上进行,提供可调谐的VUV光,使用SPICES(表面处理和ICES)设置的CORS光束线。紧凑的非晶态固体水冰(H $_2$ O和D $_2$ O)已被照射从7至13.5 eV。在15 K至100 K的样品温度范围内,通过质谱法在气相中检测获得了定量产率。H $_2$ O(D $_2$ O)、OH(OD)、H $_2$(D $_2$)和O $_2$的光解吸光谱在9-10 eV附近达到峰值,并在较高能量处降低。在7-13.5 eV范围内,在15 K下完整水的平均光解吸产率为5 $\times$ 10 $^{-4}$分子/光子(对于H $_2$ O)和5 $\times$ 10 $^{-5}$分子/光子(对于D $_2$ O)。强烈的同位素效应可以解释为OH(OD)和H(D)的光致碎片之间的差异化学复合,源于较低的动能的OH光致碎片时,直接水的光解和/或可能通过电子弛豫过程。预计它有助于水分馏期间的冰粒地幔在分子云中的建设和有利于OH-贫化学环境中的彗星形成区域的原行星盘。除O…
2021-03-29 astro-ph.EP astro-ph.GA physics.chem-ph
Flux and fluence effects on the Vacuum-UV photodesorption and photoprocessing of CO$_2$ ices
本研究利用同步辐射VUV光,比较不同光子通量下CO$_2$冰的光解吸截面,发现CO和O$_2$解吸与表面化学相关且依赖通量,而CO$_2$解吸与体相化学相关且与通量无关,支持DIET机制。
2024-06-25 astro-ph.GA physics.chem-ph
UV photoprocessing of NH3 ice: photon-induced desorption mechanisms
在朝向星际介质最冷区域的尘埃颗粒表面上探测到的冰幔,可以通过存在于致密云内部的二次紫外(UV)场进行光处理。在这项工作中,我们提出了在天体物理学相关条件下的纯NH3冰样品在超高真空室中,固体样品沉积到基板上在8 K的紫外线照射实验。随后用微波放电氢流灯对冰类似物进行光处理。感应辐射和光化学导致H2、N2和N2 H4的产生。此外,由于四极质谱仪(QMS),观察到的原始冰组分,NH3,和两个检测到的三个光产物,H2和N2的气相的光解吸。通过校准QMS,可以对光脱附产率进行定量,得出Ypd(NH3)=2.1+2.1-1.0 x 10^-3分子/入射光子,在整个实验过程中保持不变,而H2和N2的光脱附随能量密度的增加而增加,这表明这些物质存在一种间接的光脱附机制,涉及能量转移。在能量密度相当于太空中冰幔所经历的能量密度后,N2分子的光解吸率与NH3分子的光解吸率相似(Ypd(N2)= 1.7+1.7-0.9 x 10^-3分子入射光子)。
2017-10-17 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Resonant infrared irradiation of CO and CH3OH interstellar ices
本文系统研究了CO和CH3OH星际冰在共振红外辐照下的行为,发现振动能量耗散依赖激发模式和化学环境,并量化了红外诱导光脱附效率,揭示了其对冰形态重构和星际光化学的重要影响。
2023-02-22 astro-ph.GA astro-ph.SR
$^{13}$CO and $^{13}$CO$_2$ ice mixtures with N$_2$ in photon energy transfer studies
在星际介质的稠密云中,尘埃颗粒被冰幔覆盖,主要成分是H $_2$ O。CO和CO $_2$是在红外光谱中观察到的常见冰组分,而红外惰性N $_2$预计存在于冰中。冰中的分子可以通过暴露于二次紫外光子而解离、反应或解吸。因此,不同的物理情景导致不同的冰幔成分。这项工作的目的是了解行为的$^{13}$ CO:N $_2$和$^{13}$ CO $_2$:N $_2$冰混合物提交紫外线辐射在实验室中。光化学过程和光解吸进行了研究的各种比例的冰组分。实验在12K超高真空条件下进行。用连续发射紫外灯模拟稠密星际云中的二次紫外线照射冰。在照射期间,傅里叶变换红外光谱用于监测冰的变化,四极质谱用于气相分子。在辐照的$^{13}$ CO $_2$:N $_2$冰混合物中,在红外光谱中检测到$^{13}$ CO、$^{13}$ CO $_2$、$^{13}$ CO $_3$、O $_2$和O $_3$光产物。N $_2$分子也参与光化学反应,并且还检测到含氮分子:NO、NO $_2$、N $_2$ O和N $_2$ O $_4$。光解吸率和它们的依赖性的存在下的N $_2$进行了研究。如先前报道的,$^{13}$ CO和$^{13}$ CO $_2$分子可以将光子能量转移到N个$_2$分子。结果,$^{13}$ CO和$^{13}$ CO $_2$的光脱附速率随着N $_2$的分数增加而降低,而N …
2019-03-28 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
CO desorption from interstellar icy grains induced by IR excitation of superhydrogenated PAHs
Aarhus University(奥胡斯大学);Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);Radboud University(拉德堡德大学)
研究通过红外辐射激发超氢化PAHs诱导CO脱附,揭示了碳质颗粒在星际云中可能对挥发性物质脱附的关键作用。
2025-10-15 astro-ph.GA astro-ph.SR
Vacuum-UV spectroscopy of interstellar ice analogs. I. Absorption cross-sections of polar-ice molecules
除H_2O、NH_3和CO_2外,星际冰幔中大多数分子固体的真空紫外吸收截面还没有报道。冰的光处理模型依赖于冰的真空紫外吸收截面来估计穿透深度和辐射剂量,并且在过去,气相截面值被用作近似值。我们的目标是估算分子冰组分的真空紫外吸收截面。在8 K下沉积由CO、H2O、CH 3OH、NH3或H2S组成的纯冰。采用透射红外光谱法对冰样的柱密度进行了原位测量。冰样品的真空紫外光谱收集在120-160 nm(10.33-7.74 eV)的范围内使用商业微波放电氢流灯。我们提供了所报道的分子冰的真空紫外吸收截面。我们的结果与以前报道的H2O和NH3冰。首次报道了CH_3OH、CO和H_2S在固相中的吸收截面。H2S在120-160 nm范围内呈现最高吸收。我们的方法允许快速和容易获得的真空紫外光谱的冰,而不需要使用同步加速器光束线。我们发现,冰的吸收截面可以是非常不同的气相值,因此,我们的数据将显着改善模型,模拟真空紫外光处理和光解吸的冰地幔。纯冰的光解吸速率,表示为每个吸收光子的分子,可以从我们的数据中导出。
2014-05-30 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Cosmic ray sputtering yield of interstellar H2O ice mantles : Ice mantle thickness dependence
存在于致密星际云中的星际颗粒地幔通过吸积和解吸机制如UV、X射线光解吸、宇宙射线诱导溅射、颗粒热涨落和化学反应能释放与气相不断交换。各种解吸机制的相对重要性对于天体物理模型约束这种高密度稠密云区的化学演化是极其重要的。在这项实验工作中,我们研究了溅射产额作为冰地幔厚度的函数,暴露于95 MeV的负离子。离子诱导冰相变和溅射产额分别用红外光谱和质谱同时监测。溅射产率在特征冰层厚度以上是恒定的,并且在该厚度以下开始减小。可以评估对应于该长度的溅射深度的估计。在这些实验中,测得的解吸深度对应于30个冰层。假设溅射分子的体积为有效的圆柱形,纵横比接近于1;在半无限冰膜的情况下,这个比率是圆柱体的直径与高度之比。这一结果表明,大多数喷射分子来自一个相当紧凑的体积。测得的无限厚的水冰地幔溅射产额的离子电子阻止本领(Se)的平方的规模。我们预期解吸深度依赖性随Se^a而变化,其中a=0.5。天体物理模型应考虑到这些冰地幔的厚度依赖性约束的界面区域时,冰接近其灭绝阈值。在非常密集的云区,大多数水冰地幔对于大部分宇宙射线来说都超过了这个极限。
2018-10-12 astro-ph.GA
X-ray induced desorption and photochemistry in CO ice
本文报道了X射线诱导CO冰中中性分子、阳离子和阴离子的脱附。中性CO的解吸,迄今为止最丰富的,量化和讨论的背景下,其应用于天体化学。许多不同的阳离子,包括大阳离子的质谱仪的质量限制,观察到的解吸。相反,检测到的唯一解吸阴离子是O $^-$和C $^-$。借助它们的光脱附光谱,讨论了它们的脱附机理。X射线吸收光谱的演变表明显着的化学修饰的冰照射后,这与解吸的大阳离子提供了一个新的见解X射线诱导的光化学在CO冰。
2021-07-23 astro-ph.EP astro-ph.GA physics.chem-ph
Ice chemistry in starless molecular cores
无星分子核是星际分子化学研究的天然实验室。冰在这样的对象的化学研究与三相(气体,表面和地幔)模型。我们考虑了五个无星核心的中心部分,它们的物理条件来自观测。分析了氧、氮、硫和复杂有机分子(COMs)的冰化学。我们发现,一个冰的深度尺寸,测量,例如,在单分子层中,对于星际冰的化学建模至关重要。特别是,H2O:CO:CO2:N2:NH3冰丰度比调节次要物种的产生和破坏。这表明,在核心坍缩期间的光脱附负责星际H2 O2和O2 H的高丰度,和其他物种的表面上合成。计算出的COMs在冰中的丰度进行了比较,观察到的气相值。CO和H2 CO加氢的较小活化势垒可能有助于解释许多COM的产生。所观察到的甲酸甲酯HCOOCH 3的丰度可以用1 kyr,20 K的温度尖峰再现。与COMs相关的可能的解吸机制是气体湍流(冰暴露于星际光子)或云核内的弱冲击(颗粒碰撞)。为了用目前的0 D模型再现观测到的COM丰度,需要升华1-10%的冰质量。我们估计,无星核心的寿命可能不会超过100万年。金牛座的核心可能比大多数其他云的核心更年轻。
2015-04-23 astro-ph.GA physics.chem-ph
Water Ice Deposition and Growth in Molecular Clouds
在星际云中,水冰在颗粒上的沉积只发生在高于某个阈值A_th的目视距离上。在大于A_th的梯度上,水冰柱密度和A_V之间存在(近线性)相关。对于金牛座、巨蛇座和蛇夫座等单个复合云,A_th和相关梯度在所有视线上都非常相似。我们已经调查了这种现象的起源,仔细考虑可能涉及的各种可能的机制,并已应用一个完整的化学模型来分析静态分子云的行为和敏感性。我们的主要成果是:(i)普遍存在的现象指向一个共同的原因,因此视线探针区域具有相似的、先进的、化学和动力学演化。(ii)对于金牛座和巨蛇座,A_th和相关性的斜率可以解释为来自氧原子的冻结和H_2O分子的光解吸的平衡。(iii)A_th取决于局部密度,表明局部体积密度与柱密度之间存在相关性;(iv)Taurus和Serpens的不同A_th值可能是由于局部平均辐射场强度的变化;(v)大多数冰是在初始非常小的颗粒上吸积的(<0.01微米),和(vi)在Rho-Ophiuchi中观察到的非常高的A_th值不能以同样的方式解释,除非有复杂的微观结构和/或消光特性的修改。
2020-11-13 astro-ph.GA astro-ph.SR
Heavy water stratification in a low-mass protostar
内容:尽管银河系中元素氘的丰度很低,但在低质量恒星形成区的环境中,特别是0级原恒星IRAS 16293-2422中,发现了增强的分子D/H比。目标:关键方案“恒星形成区化学赫歇尔巡天”旨在研究星际介质的分子复杂性。Herschel/HIFI仪器的高灵敏度和高光谱分辨率为我们提供了一个观测ortho-D2 O在607 GHz的1_{1,1}-0_10,0}跃迁和para-D2 O在898 GHz的2_{1,2}-1_10,1}跃迁的独特机会。方法:在607 GHz的邻位-D2 O跃迁先前被检测到。我们提出了在本文中的第一次尝试性的检测在898 GHz的para-D2 O过渡。球形蒙特卡罗辐射转移程序RATRAN用于再现D2 O的观测谱线轮廓,其方法与用于再现IRAS 16293-2422中的HDO和H2- 18 O谱线轮廓的方法相同。结果如下:至于HDO,在D2 O线上看到的吸收成分只能通过添加外部吸收层来再现,外部吸收层可能是由分子云边缘的冰的光解吸作用产生的。在该添加层中发现D2 O柱密度约为2.5e12 cm^{-2},导致D2 O/H2O比约为0.5%。在3 σ的不确定性,上限为0.03%和0.2%,分别得到这个比例在热的科里诺和较冷的信封IRAS 16293-2422。结论:我们研究中得出的氘分馏表明,IRAS 16293-2422中存在的冰形成于致密(~ 1 e4 - 5…
2013-04-10 astro-ph.GA
Exploring the chemistry induced by energetic processing of the H2-bearing, CO-rich apolar ice layer
尘埃颗粒表面的星际冰幔被认为具有双层结构,富含H2O的极性层被富含CO的非极性层覆盖,该层可能含有H2和其他挥发物,如N2。在这项工作中,我们探讨了化学诱导的2千电子伏的电子和Ly-alpha光子在H2:CO:15 N2冰类似物的CO丰富的层时,暴露于类似的能量密度从宇宙射线诱导的次级电子和紫外光子在典型的密集云的寿命。在2keV电子辐照下,共鉴定出6种产物:CO2、C2 O(和其它碳链氧化物)、CH 4、H2 CO、H2 C2 O和H15 NCO。总产物丰度对应于暴露于电子辐照的初始CO分子的5-10%。Ly-alpha光子照射提供了1-2个数量级的低产量,具有相似的产物分支比,这可能是由于冰样品在该波长下的低UV-光子吸收截面。形成额外的含氮物种,即C215 N2和15 NH3,只观察到在没有H2和CO分子,分别,表明反应物来自H2和CO分子优先相互反应,而不是与15 N2及其解离产物。总之,冰化学引起的高能处理的CO丰富的非极性冰层提供了替代的形成途径,在星际介质中检测到的几个物种,包括一些有关的复杂的有机分子化学。进一步量化这些途径将有助于天体化学模型,以限制其相对贡献的星际预算,特别是,有机物种H2 CO和HNCO。
2020-09-02 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR