Heavy ion irradiation of crystalline water ice
在宇宙辐射作用下,星际水冰幔向致密的无定形状态演化。结晶冰的非晶化以前主要是在千电子伏至数百千电子伏的离子能量监测。我们实验研究重离子辐照结晶冰的非晶化,在高能量接近真正的宇宙射线,并探讨水冰溅射产率。我们用GANIL加速器产生的MeV到GeV的快离子束照射薄的结晶冰膜。冰红外光谱演变作为一个功能的通量监测与原位红外光谱(诱导非晶化的初始结晶状态成一个紧凑的非晶相)。在不同温度下,在高电子截止功率范围内测量了结晶冰的非晶化截面。在大通量,冰溅射测量的红外光谱,和拟合的退火产率的依赖性,结合以前的测量,是二次超过三十年的电子阻止功率。通过红外光谱监测,多孔无定形和结晶冰的宇宙射线照射的最终状态是相同的,但在横截面上有很大的差异,因此在天体物理学背景下的时间尺度上也有很大的差异。宇宙射线水冰溅射率与文献中报道的紫外光解吸产率竞争。直接宇宙射线溅射超过宇宙射线诱导光子光解吸的普遍性可能对于与冰幔表面牢固结合的冰特别真实,例如氢键冰结构或更一般的所谓极地冰。
2015-03-09 astro-ph.EP astro-ph.GA
Binding energies of interstellar molecules on crystalline and amorphous models of water ice by ab-initio calculations
在星际介质(ISM)的密度更大、温度更低($\leq$ 20 K)的区域,近红外观测揭示了亚微米大小的尘埃颗粒的存在,这些尘埃颗粒被几层H \textsubscript{2} O为主的冰覆盖,并因其他挥发性物质的存在而变脏。一个分子是处于气相还是固相取决于它在冰面上的结合能(BE)。因此,BEs是天体化学模型的关键参数,旨在重现所观察到的ISM化学演化。一般来说,边界元可以从实验技术或理论计算中推断出来。在这项工作中,我们提出了一个可靠的计算方法来评估一个大的天体化学相关的物种集(21)的BE。我们考虑了不同的周期性表面模型的结晶和非晶性质来模仿星际水冰地幔。这两种模型都确保氢键协同性充分考虑到与小冰团模型的差异。采用B3 LYP-D3和M06-2X泛函的密度泛函理论预测了物种/冰的结构和它们的BE。正如从冰表面的复杂性所预期的那样,我们发现每个分子可以经历多个BE值,这取决于它在冰表面的结构和位置。我们的计算数据与文献数据的比较表明,在某些情况下,在其他(大)的差异协议。我们讨论了一些天体物理学的影响,显示计算BE的重要性,使用更现实的星际冰表面有可靠的值列入天体化学模型。
2020-09-21 astro-ph.GA
Detection of CH3SH in protostar IRAS 16293-2422
恒星形成区的主要硫储层的性质是一个长期存在的谜。在稠密云层中观测到的含硫物质的丰度仅为弥漫云层中相同数量的0.1%左右。因此,星际介质恒星形成区的主要硫物种仍然未知。IRAS 16293-2422是生产含硫物种的有利地区之一,因为其条件允许冰帽蒸发。我们用IRAM 30米望远镜对太阳型原恒星IRAS 16293-2422进行了3毫米波段的观测。我们观察到一个单一的频率设置与EMIR外差式3毫米接收器与较低的内部(LI)的调谐频率为89.98 GHz。检测到几条复合硫物种CH 3SH。观测到的丰度进行了比较,模拟使用NAUTILUS气体颗粒化学模型。模拟结果表明,CH 3SH具有恒定的丰度为4 e-9(与H2相比)的半径低于200 AU,主要是在表面上形成。CH 3SH的检测表明,可能存在几个新的含S分子家族(它们可以从CH 3SH开始形成),这些家族尚未被检测到或寻找。
2016-02-24 astro-ph.GA
Comparative Electron Irradiations of Amorphous and Crystalline Astrophysical Ice Analogues
对天体物理学冰中发生的辐射化学的实验室研究表明,这种化学作用依赖于一些实验参数。一个实验参数,已收到显着较少的关注,是在调查中的固体冰的相位。在本研究中,我们已经进行了系统的2千电子伏的电子辐照的纯CH 3OH和N2 O天体物理冰类似物的非晶相和结晶相。辐射引起的这些冰的衰变和伴随形成的产品进行了原位监测,使用FT-IR光谱。照射的无定形和结晶的CH 3OH冰之间的直接比较显示,前者比后者更快的衰减。有趣的是,当比较无定形和结晶N2 O冰的衰变速率时,观察到显著较小的差异。这些观测结果已经根据每一冰中存在的分子间力的强度和程度得到了合理化。强烈和广泛的氢键网络,存在于结晶CH 3OH(但不是在非晶相)的建议,以显着稳定这一阶段对辐射引起的衰变。相反,虽然排列的偶极矩的N2 O预计将更广泛的结晶结构,其弱吸引力的潜力并不显着稳定的结晶相对辐射诱导的衰变,因此解释了较小的差异之间的衰减速率的非晶和结晶相的N2 O相比,那些CH 3OH。我们的研究结果与星际冰和冰冷的太阳系天体的天体化学有关,这些天体可能会由于热诱导结晶或空间辐射诱导的非晶化而发生相变。
2022-04-27 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Structure of crystalline water ice formed through neon matrix sublimation under cryogenic and vacuum conditions
本研究利用低温RHEED技术,发现13 K下氖基质升华可形成堆叠无序度极低的立方冰Ic,揭示了其形成过程,为低温低压下立方冰的形成提供了新途径。
2024-07-10 astro-ph.EP astro-ph.GA cond-mat.mes-hall
THz Time-Domain Spectroscopy of Mixed CO2-CH3OH Interstellar Ice Analogs
星际尘埃颗粒的冰冷地幔是原始生命前分子库存的发源地,这些分子库存最终可能为新生的太阳系以及其中形成的行星和星子提供种子。在这里,我们提出了一个研究的两个最丰富的物种在这些冰后水:二氧化碳(CO2)和甲醇(CH3OH)使用太赫兹(THz)时域光谱和中红外光谱。我们研究这些物种的纯冰和混合冰,并展示了太赫兹光谱区域的功率,以阐明冰的长程结构(即结晶与非晶),冰内这些物种的分离程度,以及冰内物种的热历史。最后,我们评论的效用产生的太赫兹转换,这些冰用于天文观测星际冰。
2016-06-09 astro-ph.GA
JWST detections of amorphous and crystalline HDO ice toward massive protostars
本研究利用JWST观测数据量化了两颗原恒星方向冰中的HDO/H$_{2}$O比例,证实大质量热核的气相比例可代表冰相比例,并支持部分CH$_{3}$OH冰在CO冻结前形成。
2024-04-23 astro-ph.GA astro-ph.SR
Discrepancy in Grain Size Estimation of H${}_{2}$O Ice in the Outer Solar System and the Interstellar Medium
在过去的几十年里,在太阳系外天体和星际介质中广泛探测到无定形和结晶水(H ${}_{2}$ O)冰已被证实。辐射转移模型(RTMs)被用来估计的颗粒大小的H ${}_{2}$ O冰从近红外(NIR)波长。据报道,由于使用了不同的散射模型,对土星卫星上H ${}_{2}$ O冰颗粒大小的估计存在很大差异(Hansen,2009年),对柯伊伯带天体上氮(N ${}_{2}$)和甲烷(CH ${}_{4}$)冰的估计也存在很大差异(Emran和Chevrier,2022年)。我们评估的差异H ${}_{2}$ O冰在15,40,60和80 K(无定形)和20,40,60和80 K(结晶)的温度下的粒度估计-相关的外部太阳系及以后。我们使用Mie理论(Mie,1908)和Hapke近似模型(Hapke,1993)从近红外波长(1 - 5 $μ$ m)的光学常数比较了H ${}_{2}$ O冰相的单次散射散射。这项研究表明,Hapke近似模型- Hapke板和内散射模型(ISM)-预测晶粒尺寸的结晶相,总体上,更好地相比,在15 - 80 K的温度下的非晶相。然而,Hapke板模型估计更近似的晶粒尺寸,在一般情况下,Mie模型的预测,而ISM表现出更高的不确定性。我们建议使用米氏模型的未知光谱外太阳系机构和超越估计H ${}_{2}$ O冰粒度。在选择使用RTM的近似模型时,我们建议使用Ha…
2022-04-08 astro-ph.EP astro-ph.GA
Detection of CO$_2$ ice in the planetary nebula NGC 6302
University of Western Ontario(韦仕敦大学);Leiden University(莱顿大学);George Washington University(乔治华盛顿大学);Cardiff University(卡迪夫大学);Space Telescope Science Institute(太空望远镜科学研究所);University of North Carolina, Chapel Hill(北卡罗来纳大学教堂山分校);University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校)
利用JWST/MIRI观测,在行星状星云NGC 6302的尘埃环中检测到CO₂冰,发现其气体相CO₂与冰的比值显著高于年轻恒星对象,表明尘埃环提供了足够的屏蔽以保护冰化学。
2026-02-25 astro-ph.GA
JWST Reveals Refractory-Rich Water Ice in Interstellar Comet 3I/ATLAS: Evidence for a Continuum of Grain Properties across Protoplanetary Disks
Southwest Research Institute(西南研究院);University of Maryland, College Park(马里兰大学帕克分校);NASA Goddard Space Flight Center(美国宇航局戈达德太空飞行中心);Catholic University of America(美利坚天主教大学);Auburn University(奥本大学);Universität Bern(伯尔尼大学)
JWST观测星际彗星3I/ATLAS,发现其富含耐火材料的水冰聚集体,连接了太阳系彗发与海王星外天体,表明原行星盘冰颗粒性质存在连续谱。
2026-09-18 astro-ph.EP astro-ph.GA
An infrared measurement of chemical desorption from interstellar ice analogues
在温度低至10 K的分子云中,除了氢和氦之外的所有物质都应该被锁定在尘埃颗粒表面的异质冰中。然而,天文观测已经在这些云的气相中检测到150多种不同的物种。分子在低于热解吸温度时从尘埃表面释放出来的机制对于理解这种冷云的化学演变至关重要。由放热反应的过量能量引起的化学解吸在大约50年前首次被提出作为关键的分子释放机制。原则上,化学解吸可以在任何温度下进行,甚至低于热解吸温度。因此,天体化学网络模型一般都包含这个过程.虽然有一些以前的实验工作,没有红外测量的表面(具有很强的优势,以量化化学解吸)已执行。在这里,我们报告了第一次红外原位测量化学解吸反应H + H2S -> HS + H2(反应1)和HS + H -> H2S(反应2),这是星际硫化学的关键。本研究清楚地表明,化学解吸是一个更有效的过程中释放到气相中的H2S比以前认为。化学脱附的有效截面表明,在典型的星际环境中,化学脱附速率超过光脱附速率。
2018-10-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Infrared free-electron laser irradiation of carbon dioxide ice
星际冰粒被认为在太空中发现的许多简单和复杂的有机物种的形成中起着关键作用。然而,与冰粒中物种的形成和生存有关的物理化学过程的许多基本问题仍然没有答案。在诸如自由电子激光(FEL)之类的大型设施上进行的实地工作可以为实验室天体物理学界提供新的工具,从而有助于研究冰粒的成分和形态。我们结合荷兰HFML-FELIX实验室FELIX-2光束线的高可调谐性、宽红外光谱范围和强度以及真空LISA终端站的特点,在20 K下对空间相关的纯二氧化碳(CO2)冰进行了波长相关的中红外辐照实验。我们使用强烈的单色辐射的FELIX注入振动能量在选定的频率到CO2冰研究冰重组效果原位傅立叶变换反射-吸收红外(FT-RAIR)光谱。这项工作提高了我们对外部触发器(如光子、电子、宇宙射线和来自新生原恒星或场星的热加热)引入的振动能量如何在太空中的星际冰尘埃颗粒中消散的理解。此外,它增加了目前的文献辩论有关的非晶和多晶结构的CO2冰在低温下沉积时观察到的,表明,在我们的实验条件下,CO2冰呈现非晶特性时,沉积在20 K和明确的结晶,如果沉积在75 K。
2022-03-24 astro-ph.GA
Interstellar ice analogs: band strengths of H$_2$O, CO$_2$, CH$_3$OH, and NH$_3$ in the far-infrared region
我们测量远红外区域的星际冰类似物的天体物理学相关的物种,如H $_2$ O,CO $_2$,CH $_3$ OH,和NH $_3$,在低温(8-10 $\mathrm{K}$)沉积,然后升温,诱导非晶-结晶相变时,相关的带强度。利用星际天体化学室超高真空装置测量了纯H $_2$ O、NH $_3$和CH $_3$ OH冰的近、中、远红外光谱。此外,NH $_3$和CO $_2$的远红外光谱使用配备有测辐射热计检测器的不同设置来测量。使用相应的近红外和中红外值作为参考,估计远红外区域的谱带强度。我们还进行了理论计算的非晶和晶体结构的这些分子使用固态计算程序在密度泛函理论(DFT)水平。这些冰的振动分配和模式强度进行了预测。在25-500 $μ$ m范围内的红外波段强度已被确定为所考虑的冰样品在近红外和中红外区域的直接比较。我们的值进行了比较,我们从文献中计算出的复折射率。我们发现两组值之间的差异为2倍。计算出的远红外波段强度为解释未来空间望远镜飞行任务的观测数据提供了基准,从而能够估计冰柱密度。
2014-06-30 astro-ph.GA astro-ph.IM
Laboratory Evidence that Methanol-Rich Ice Mantles Lower Methyl Formate Binding Energies
University of Virginia(弗吉尼亚大学);The Hague University of Applied Sciences(海牙应用科学大学)
本研究通过实验室脱附实验证明,甲酸甲酯在甲醇冰上的结合能低于水冰,解释了其在低温下提前释放,支持两步热脱附机制。
2026-09-24 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
How Small is Large Enough? Determining Minimal Cluster Sizes for Molecule Adsorption on Interstellar Amorphous Ice
University of Antwerp(安特卫普大学);University of Montana(蒙大拿大学)
本研究通过DFT计算不同尺寸冰团簇上CO、CO2和NH3的吸附能,发现至少需30-40个水分子才能获得可靠结合能,且团簇尺寸与泛函选择同等重要。
2026-09-17 astro-ph.GA
Thermal formation of ammonium carbamate on the surface of laboratory analogues of carbonaceous grains in protostellar envelopes and planet-forming disks
我们的研究小组最近证实了尘埃颗粒表面在热反应CO2 + 2NH 3 $\rightarrow$ NH 4 + NH 2COO中的催化作用。在80 K的纳米尺寸的碳和硅酸盐颗粒的表面上的反应的速率系数被测量为高达三倍高的反应速率系数KBr上测量相比。在这项研究中,反应进行碳颗粒和溴化钾在50 - 80 K的扩展温度范围内,并添加水冰。的反应活化能被发现是约3倍,低于相应的冰层KBr的晶粒。因此,在所研究的反应中的尘埃颗粒表面的催化作用可以与反应势垒的减少。向NH3:CO2冰中加入水会减缓反应。在5:1的H2O:CO2比率下,在实验时间尺度上未检测到反应。这一结果提出了问题的热形成的氨基甲酸铵在致密的分子云和外部地区的原恒星和原行星的环境与占主导地位的水冰地幔化学。然而,它仍然可以发生在晶体冰中的原恒星和原行星环境的内部区域。
2020-04-04 astro-ph.GA
Machine learning exploration of binding energy distributions of H2O at astrochemically relevant dust grain surfaces
Aarhus University(奥胡斯大学)
本研究利用机器学习建模,探索了尘埃颗粒表面水分子的结合能分布,揭示了不同表面性质对冰形貌和结合能的影响,为星化学模型提供了新的物理输入。
2026-02-11 astro-ph.GA physics.chem-ph
Interactions of adsorbed CO$_2$ on water ice at low temperatures
我们提出了一个计算研究的吸附性能的CO $_2$上的无定形和结晶水表面的天体物理相关的条件下。水和二氧化碳是星际尘埃颗粒冰幔中最主要的两种物质,深入了解它们在低温下的固相相互作用对于理解由于热分离引起的冰的结构演化至关重要。本文提出了一种新的H $_2$ O-CO $_2$相互作用势,并用于模拟CO $_2$层在水冰表面的弹道沉积,研究了低覆盖度下的单个结合位点。与最近的实验结果相反,我们没有观察到CO $_2$岛形成的任何类型的水基板。此外,密度泛函理论计算进行评估的重要性,诱导静电相互作用。
2014-06-24 astro-ph.GA physics.chem-ph
Hybrid approach predicts a lower binding energy for benzene on water ice
本文计算了苯与质子有序结晶水冰(XIh)的高精度结合能,发现新值(4050 K)较文献常用值低近一半,导致AGB外流中气相苯消耗减少且原行星盘雪线外移,与JWST观测一致。
2024-06-27 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Diffusion-desorption ratio of adsorbed CO and CO$_2$ on water ice
原子和分子的扩散是星际介质恒星形成区化学演化的关键过程。然而,关于许多重要的星际物质的流动性的准确数据往往是不可用的,这严重限制了描述分子云中物理和化学过程的模型的可靠性。在这里,我们的目标是提供天体化学建模社区与可靠的数据之间的比率吸附CO和CO $_2$在水冰的扩散和解吸的能量障碍。为此,我们使用一个完全原子化的,非晶格动力学蒙特卡罗技术来生成动态轨迹的CO和CO $_2$分子在表面上的结晶冰在温度相关的星际介质。的扩散解吸势垒比被确定为0.31 CO和0.39 CO $_2$。这些比值可直接用于提高现有气粒化学模型的精度。
2014-09-19 astro-ph.GA physics.chem-ph
Density and infrared band strength of interstellar carbon monoxide (CO) ice analogues
在模拟星际条件下实验研究CO冰的动机得到了大量CO气体丰度和冰颗粒地幔中普遍存在的CO的支持。在以其纯冰形式照射时,这种高度稳定的物种呈现有限的离子和光子诱导的化学,以及有效的非热解吸。利用红外光谱,单激光干涉,四极质谱在CO冰沉积过程中,CO冰密度作为沉积温度的函数估计。所提出的方法可用于获得在各种沉积温度下的其他冰组分的密度,只要该密度值对于这些温度之一是已知的,其通常是对应于结晶形式的温度。CO冰密度的明显趋势,在低于14 K的沉积温度降低是符合最近发表的比色测量。这项工作允许重新审视的红外波段强度的值需要计算的CO冰柱密度在红外观测,$8.7 \times 10^{-18} ~ {\rm cm ~ molecule}^{-1}$在20 K的沉积温度。
2022-10-27 astro-ph.GA astro-ph.IM physics.optics
Searching for missing interstellar oxygen in the far-infrared
本研究提出利用44和62 μm远红外水冰特征探测最大至5 μm以上的结晶冰粒,以查明星际介质中至少四分之一缺失氧的载体,并指出PRIMA/FIRESS类灵敏光谱仪的观测要求。
2025-09-02 astro-ph.GA astro-ph.IM
Absorption at 11 microns in the interstellar medium and embedded sources: evidence for crystalline silicates
在天文光谱中,包括那些正在形成的恒星的光谱中,偶尔会有关于11微米的吸收特征的报道。候选载体包括水冰、多环芳烃(PAH)、碳化硅、结晶硅酸盐或甚至碳酸盐。所有这些都是已知的宇宙尘埃的成分,存在于一种或多种环境中,尽管不一定在一起。在本文中,我们提出了新的地面8-13微米光谱的一个演变的恒星,几个嵌入的年轻恒星物体(YSO)和一个背景源躺在后面的一个大柱的星际介质(ISM)向银河系中心。我们的意见,在光谱分辨率约为100,与以前的较低分辨率的数据,以及与红外空间天文台(ISO)对这些和其他目标获得的数据进行了比较。通过呈现较大样本的子集,我们的目的是建立功能的现实,并随后推测其载体。所有证据都指向结晶硅酸盐。例如,11微米的谱带轮廓与结晶橄榄石的发射率很好地匹配。此外,在两个先前报道的情况下,光谱中的吸收特征与尖锐的偏振特征的明显关联表明,与无定形硅酸盐相比,载体具有相对较高的带强度。如果这是真的,这将使硅酸盐结晶的演化阶段倒退,要么回到嵌入阶段,要么甚至在ISM之前,否则从演化恒星流出物中喷出的硅酸盐在ISM中长期驻留期间保留了一些晶体身份。
2016-01-11 astro-ph.GA astro-ph.SR
Chemical desorption versus energy dissipation: insights from ab-initio molecular dynamics of HCO formation
分子云是银河系中恒星形成的寒冷区域。它们富含相当复杂的分子。这些分子中的许多被认为是在渗透银河系的星际亚微米大小的尘埃颗粒的冰冷表面上合成的。在10 K的温度下,热解吸是无效的,因此,为什么这些分子会在冷气体中被发现,这让天文学家们困惑了多年。当前模型的假设,称为化学解吸,是由在晶粒表面的化学反应释放的分子形成能量被部分吸收的晶粒和剩余的一个原因喷射到气体中的新形成的分子。在这里,我们报告了一个准确的从头算分子动力学模拟,旨在研究的命运的第一个反应的H加成链上CO,CO + H $\rightarrow$ HCO,发生在一个结晶冰表面模型释放的能量。我们表明,约90%的HCO形成能量被注入到第一皮秒的冰,离开HCO的能量含量(10-15 kJ摩尔$^{-1}$)超过一个因素比它的吸附能(30 kJ摩尔$^{-1}$)低两个。因此,在协议与实验室实验中,我们得出结论,化学解吸是无效的这个特定的系统,即H + CO结晶冰。我们怀疑这种行为是相当普遍的,当处理氢键,这是负责的凝聚能的冰地幔和吸附物的相互作用,作为HCO自由基,即使特设的模拟需要得出具体的结论对其他系统。
2020-04-24 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.chem-ph
Experimental study of the binding energy of NH3 on different types of ice and its impact on the snow line of NH3 and H2O
本研究通过超高真空共沉积实验和程序升温脱附分析,揭示了H2O通过氢键显著影响NH3在星际冰表面的结合能与脱附行为,从而解释了NH3在原行星盘和前恒星核中的冻结与保存机制。
2023-11-30 astro-ph.GA astro-ph.SR
Laboratory Experiments on the Radiation Astrochemistry of Water Ice Phases
水(H2O)冰是宇宙中无处不在的组成部分,已经在各种星际和太阳系环境中检测到,其中辐射在其物理化学转变中起着重要作用。虽然H2O天体物理冰类似物的辐射化学已经得到了很好的研究,但不同固相的直接和系统的比较很少,通常仅限于两相。在这篇文章中,我们描述了一个深入的研究结果的2 keV电子辐照的非晶态固体水(ASW),限制无定形冰(RAI)和立方(Ic)和六方(Ih)结晶相在20 K,以进一步揭示任何潜在的辐射物理和化学的依赖于冰的固相。中红外光谱分析的四个调查水冰相显示,电子辐射的RAI,Ic,和Ih相导致其非晶化(后者经历的过程更缓慢),而ASW进行压缩。作为辐照的结果产生的过氧化氢(H2O2)的丰度也被发现各相之间的变化,与产量是最高的辐照ASW。这一观察结果是几个因素的累积结果,包括ASW中增加的孔隙率和晶格缺陷数量,以及其较不广泛的氢键网络。我们的研究结果具有天体物理学意义,特别是关于富含H2O的冰冷星际和太阳系天体暴露于辐射场和温度梯度。
2022-06-23 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM