[论文解读] 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 4

一句话总结

本文提出，星际纳米金刚石——一种具有sp2键合表面原子的碳质尘埃颗粒——可因星际辐射场的随机加热而升温至高达1000 K，从而在3–15 μm波段产生离散的中红外发射谱线。作者认为，这些发射特征可能解释了在各种星际环境中观测到的未识别中红外发射谱线。

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.

研究动机与目标

• 研究星际纳米金刚石是否可解释3–15 μm波段内未识别中红外发射谱线的起源。
• 研究在星际条件下纳米金刚石的结构与表面特性，特别是其表面sp2碳原子的作用。
• 模拟纳米金刚石在星际辐射场作用下的热行为。
• 评估纳米金刚石对天体物理环境中观测到的中红外发射特征的潜在贡献。
• 评估纳米金刚石通过随机加热机制作为离散发射谱线载体的可行性。

提出的方法

• 利用随机加热理论建模纳米金刚石在星际辐射场下的热响应。
• 分析纳米金刚石中的表面弛豫与重构，以识别可能支持中红外跃迁的sp2键合碳原子。
• 计算由纳米金刚石表面模式热激发产生的发射光谱。
• 估算纳米金刚石因随机加热达到的峰值温度，最高可达1000 K。
• 将预测的发射谱线与天文源中观测到的未识别中红外特征进行比较。
• 运用凝聚态物理与天体物理尘埃建模的理论框架，模拟发射特性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在星际条件下，由于其表面结构，纳米金刚石是否能产生离散的中红外发射谱线？
• RQ2 在星际辐射场中，纳米金刚石的随机加热在多大程度上可导致可观测的中红外发射？
• RQ3 纳米金刚石的表面特性——尤其是sp2键合碳原子——是否能支持与3–15 μm未识别红外带相匹配的发射特征？
• RQ4 通过随机加热，纳米金刚石可达到的最高温度是多少？这如何影响其发射光谱？
• RQ5 纳米金刚石在星际环境中总中红外发射中可能作出多大程度的贡献？

主要发现

• 纳米金刚石可在星际辐射场中被随机加热至高达1000 K的温度。
• 纳米金刚石表面的结构，特别是具有sp2键合碳原子的区域，可在中红外波段产生离散发射谱线。
• 由纳米金刚石表面模式热激发预测的发射特征与太空中观测到的未识别中红外发射谱线一致。
• 纳米金刚石的表面弛豫与重构可产生支持中红外发射的电子态与振动态。
• 纳米金刚石是3–15 μm未识别红外发射谱线载体的合理候选者。
• 该模型表明，纳米金刚石对星际环境中总中红外发射有显著贡献，尤其在辐射场较强的区域。