编者按
近期，中国科学院大学（以下简称“国科大”）苏刚研究团队基于氢化的T碳分子团簇提出一种新模型，对困扰天文学界半个多世纪的银河系星际介质中2175埃紫外消光峰的物理来源给出新解释。相关研究成果发表于天文学国际权威期刊《皇家天文学会月刊》，论文第一作者为国科大物理学院博士生马星宇，第二作者为国科大本科生朱炎炎。
一个是钻研天文多年的博士生，一个是渴望探索未知的本科生，他们和团队中的成员们携手，拨开跨越半个世纪之谜的面纱一角。今天，就随国晓薇一起，走进他们的研究成果，窥见天文浪漫下的科学光辉。
2175埃消光峰的物理来源
是天文学界中一个跨越半个世纪的谜
经过对众多星系的大量观测研究，科学家们发现，在星际介质中，2175埃消光峰几乎无处不在，且十分显著。最近的天文观测显示，这种神秘的2175埃消光峰甚至存在于类星体中。
目前，天文学界广泛认为2175埃消光峰应该来自于碳物质。然而，即便经过了半个多世纪的深入研究，这种消光峰的确切物理来源仍是未知。
虽然科学家已试图采用包括石墨、无定形碳、金刚石和多环芳香烃等在内的传统碳物质作为候选载体，来解释该消光峰的物理来源，但各项理论仍存在各自的局限性，距今为止学界依然没有就此达成广泛共识。
因此，如何解释星际介质中神秘的2175埃消光峰，成为长期困扰天文学界的一大谜题。
在谜云中点亮了一盏灯
基于氢化的T-碳分子团簇，苏刚研究团队提出一种新模型，对困扰天文学界半个多世纪的银河系星际介质中2175埃紫外消光峰的物理来源给出了新解释，且理论结果与实验观测相当吻合。
相关研究成果于近期发表于天文学国际权威期刊《皇家天文学会月刊》 (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 497, 2190-2200 (2020), DOI: 10.1093/mnras/staa2061)。
该论文的第一作者是国科大物理学院博士生马星宇，第二作者是国科大本科生朱炎炎。该工作得到了国家重点研发计划、中国科学院、国家自然科学基金委和北京市科委的资助，相关计算在中国科学院超级计算中心的平台上完成。
T-碳是通过将金刚石中每个碳原子替换为碳四面体得到的碳的新结构，具有sp3杂化特征和较低的密度。
这一物质引起了国内外同行的极大兴趣，也引发了后续一系列针对其新结构的深入研究，揭示出T-碳在储氢、锂电池、热电、光催化、太阳电池、超导、拓扑物态等领域中的重要应用前景。
最近，利用不同的实验方法，科学家们已经在实验室成功地将T-碳制备出来(Zhang J et al., Nat. Commun, 8, 683 (2017) ; Xu K et al., Carbon 157, 270 (2020))。通过实验测量T-碳的紫外吸收光谱，研究人员发现其吸收峰位于2250埃，十分接近2175埃。通过进一步计算发现，T-碳比较容易在负压环境中形成，这意味着T-碳及其碎片（分子或者团簇）可能易于在星际空间中以某种形式存在。
围绕T-碳的一系列研究结果给了苏刚研究团队的成员们很大的启发，他们推测，T-碳或许与星际介质中2175埃的消光峰有关。而考虑到星际空间充满了氢，在星际空间中的T-碳也有可能会以氢钝化的分子或团簇形式存在，从而形成氢化的T-碳分子或团簇。
（红色和黄色的球分别代表碳原子和氢原子）
氢化的T-碳分子（hydrogenated T-carbon molecule）是一种新的碳物质，分子式为C40H16，简称HTC，其结构如上图所示，目前尚未在实验室中合成。
团队成员通过计算，得到纯HTC分子的紫外吸收光谱，发现在2175埃处HTC分子具有非常明显的吸收峰，表明星际介质中2175埃紫外消光峰的物理来源很可能与氢化的T-碳分子或团簇存在密切联系。
接着，他们提出了一个HTC分子团簇混合物模型。计算结果显示，基于该模型的混合物在2175埃处仍然具有显著吸收峰。
此外，考虑到硅酸盐、含镁和铁的橄榄石以及石墨颗粒也会是星际介质的成分，他们又在此HTC分子团簇混合物模型中引入了铁橄榄石(Fe2SiO4)、顽火辉石(MgSiO3)和石墨(Graphite)的紫外吸收光谱。
背景是由美国宇航局和欧洲太空局的哈勃太空望远镜拍摄的星云图（已获许可）
通过线性组合HTC分子团簇混合物、石墨、MgSiO3和Fe2SiO4四种组分的紫外吸收光谱，发现在银河系中任选的六个星系(BD582292、HD239689、HD239742、HD239722、HD283800和HD147889)的紫外消光曲线，都可以按照此模型被很好地拟合出来（如下图所示）。
（菱形表示观测数据，红色实线是拟合曲线，其他线条在(a)的图例中已标示。每个图中算式的系数表示由四种成分，即HTC混合物、石墨、MgSiO3和Fe2SiO4，按百分比给出的不同柱密度比）
这项研究通过提出一个新模型，对银河系星际介质中2175埃紫外消光峰的物理来源给出了全新的解释，指出HTC分子的团簇混合物可能在解释星际介质2175埃消光峰的物理来源中起着重要作用，为解开这长达半个多世纪的“天文之谜”提供了一个良好的思路。
团队里的他们期待着，未来针对HTC分子及其团簇的研究工作会贯穿到更多的天文观测和实验室研究中。
看官可有什么想与国晓薇分享的？
投个稿告诉我吧~
原标题：《国科大博士生携手本科生，求解跨越半个世纪的天文之谜》
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