[論文レビュー] Interstellar nanodiamonds: the carriers of mid-infrared emission bands?

A. P. Jones, L. D’Hendecourt|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 1999

Diamond and Carbon-based Materials Research参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、sp2結合を有する表面原子を有する炭素質のダスト粒子である恒星間ナノダイヤモンドが、恒星間放射場によって確率的に加熱され、最大1000 Kに達する温度に達することで、3–15 μmの範囲で離散的な中赤外線発光帯が生じることを提案している。著者らは、さまざまな恒星間環境で観測された未同定の中赤外線発光帯の一部が、この発光特徴に起因する可能性があると示唆している。

ABSTRACT

In this paper we pursue the natural consequences of the structure of nanodiamonds and their surface relaxation and reconstruction to surfaces exhibiting sp2 carbon atoms. We show that in the interstellar radiation field nanodiamonds can be stochastically heated to temperatures as high as 1000 K and give rise to discrete emission bands associated with the surface structures. We therefore speculate that nanodiamonds can make a significant contribution towards the 3-15 micron unidentified mid-infrared emission bands.

研究の動機と目的

• 恒星間ナノダイヤモンドが、3–15 μmの範囲で未同定の中赤外線発光帯の起源を説明できるかどうかを調査すること。
• 特に表面に存在するsp2炭素原子の役割に注目し、恒星間条件下におけるナノダイヤモンドの構造的および表面的性質を検討すること。
• 恒星間放射場にさらされたナノダイヤモンドの熱的挙動をモデル化すること。
• ナノダイヤモンドが天体的環境における観測された中赤外線発光特徴に果たす寄与の可能性を評価すること。
• 確率的加熱メカニズムによるナノダイヤモンドの離散的発光帯キャリアとしての妥当性を評価すること。

提案手法

• 恒星間放射場下におけるナノダイヤモンドの熱的応答を、確率的加熱理論を用いてモデル化すること。
• 中赤外線遷移を支える可能性を有するsp2結合炭素原子を同定するために、ナノダイヤモンド内の表面緩和および再配置を分析すること。
• ナノダイヤモンド表面モードが熱的に励起されることによって生じる発光スペクトルを計算すること。
• 確率的加熱によって達成されるナノダイヤモンドのピーク温度を推定し、最大1000 Kに達することを示すこと。
• 予測された発光帯と、天体的対象で観測された未同定の中赤外線特徴を比較すること。
• 凝縮系物理学および天体的ダストモデルの理論枠組みを用いて、発光特性を模擬すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ナノダイヤモンドが、その表面構造のおかげで、恒星間条件下において離散的な中赤外線発光帯を生成できるか？
• RQ2 恒星間放射場におけるナノダイヤモンドの確率的加熱が、観測可能な中赤外線発光にどの程度寄与するか？
• RQ3 ナノダイヤモンドの表面特性、特にsp2結合炭素原子が、3–15 μmの未同定赤外線帯と一致する発光特徴を支持するか？
• RQ4 ナノダイヤモンドが確率的加熱によって達成可能な最大温度は何か？ そして、この温度が発光スペクトルに与える影響は？
• RQ5 ナノダイヤモンドは、恒星間環境における総中赤外線発光にどの程度の寄与を果たす可能性があるか？

主な発見

• ナノダイヤモンドは、恒星間放射場において最大1000 Kにまで確率的加熱される可能性がある。
• 特にsp2結合炭素原子を有するナノダイヤモンドの表面構造は、中赤外線範囲で離散的な発光帯を生じる可能性を有する。
• ナノダイヤモンド表面モードが熱的に励起されることによって予測される発光特徴は、宇宙空間で観測された未同定の中赤外線発光帯と整合的である。
• ナノダイヤモンドの表面緩和および再配置は、中赤外線発光を生じる電子状態および振動状態を形成する。
• ナノダイヤモンドは、3–15 μmの未同定赤外線発光帯のキャリアとして妥当な候補である。
• モデルは、特に強い放射場を有する領域において、ナノダイヤモンドが恒星間環境における総中赤外線発光に顕著な寄与を果たす可能性を示唆している。