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宇宙空间:硅化学领域的最后前沿

(神秘的地球报道)据EurekAlert!:硅是地壳中最常见的元素之一,除此之外,它也大量的散落于星际空间的其他角落。 目前能够探测到宇宙遥远角落的含硅分子并理解其产生的化学机理的唯一方法,是通过天文望远镜观测这些分子所辐射出来的电磁波。

日本东京大学的科学家们日前确定了两种新被发现的并具有高度活性的硅化合物的电磁辐射光谱。 该研究已发表于美国物理联合会出版的《物理化学学报》中, 这项研究将有助于天文学家在星际介质中寻找相关分子。

“正如人体的指纹和DNA序列可以被用来识别人的身份一样,我们也可以通过分子辐射的电磁波的频率来识别分子,” Yasuki Endo说,他是东京大学基础科学系的研究人员。

使用光谱技术,科学家们已经能够识别出包裹在某些恒星的气体云层中,以及稀薄地充斥在恒星之间的含硅分子。在外太空中,硅元素通常是在含有稳定性化合物硅酸盐的尘埃颗粒中被发现。但是,一些具有高度活性的分子如SiCN, 也会在星际介质的气体物质中被发现。

寻找更具活性的硅化合物

Endo和其同事考虑过是否会有和SiCN来自同族,但具有更长的碳链的分子也存在于星际介质中。 要回答这个问题,首先要解决一个难题:科学家们从未在实验室中开展过任何实验用以确定这些具有活性的,以硅原子或者氮原子收尾的碳链分子的光谱特征。

为了填补这些知识的缺口,Endo及其研究组制造出了SiC2N和SiC3N分子--他们使用喷气式飞机混合前体气体,然后用电场脉冲轰击混合气体最终得到所需的分子。 随后研究人员使用傅里叶变换微波光谱仪对这两种分子的电磁辐射进行了测量。为了找到辐射光谱中的峰值,研究者们使用理论计算作为导向。

“我们的实验使得在星际介质中找寻Si2N和Si3N分子成为了可能,” Endo说。

对空间化学的深入了解

Endo和他的同事们计划将他们的研究结果用于一颗叫做IRC+10216的巨大的红外恒星中,他们将在围绕该恒星的气体云层中寻找以硅原子或者氮原子收尾的碳链分子。 科学家们以前曾在这颗恒星的周围探测到过单个的SiCN分子。

“如果这些[SiC2N和SiC3N]分子在天体中被发现,并且能够确定是大量存在的,我们就可以获得很多有价值的信息以帮助我们了解这些分子的产生机制。” Endo说。“另外,这些信息也会为我们了解其他含硅分子的形成方式提供线索。” 这些新的信息能够为科学家们提供更多关于宇宙的化学组成及恒星,行星诞生条件的更多的线索。





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