超级计算机模拟空间富碳分子的形成

计算机模拟空间中复杂有机分子的形成

在3000K的石墨烯表面上形成的球形分子结构在形状上类似于富勒烯

红色原子起源于气相,白色原子来自表面

图片来源:Marshall和Sadeghpour来自哈佛 - 史密森尼天体物理中心的科学家们使用新一代超级计算机来模拟太空中的原子如何结合形成富含碳的分子和星团

恒星之间的空间不是空的,而是包含大量的弥散材料,约占我们银河系总质量的5-10%(不包括暗物质)

大多数材料是气体,主要是氢气,但在复杂的含碳分子中含有少量重要成分,包括乙烯,苯,丙炔,甲醇和其他醇类,氰化物,简单氨基酸,甚至更大的分子(多环芳烃和具有五十个或更多碳原子的巴基球

像氰化物这样的物种的相对丰度与太阳系中的彗星相似,这表明当地的碳化学并不是独一无二的

天文学家面临的一个重要但尚未解决的问题是如何制造这些复杂的有机分子

答案可能在于星际尘埃颗粒

这些微小颗粒约占星际材料质量的1%,主要由具有一些碳和/或其他元素的硅酸盐制成

通过为气体分子提供与其他分子反应的表面,这些颗粒似乎对星际介质中发生的化学反应至关重要

CfA天体物理学家David Marshall和Hossein Sadeghpour使用新一代超级计算机(Harvard的Odyssey研究集群)来模拟太空中的原子如何结合形成富含碳的分子和团簇,无论是在气相还是在尘埃颗粒的表面

他们的模拟使用的温度范围从100到3000开尔文(代表恒星邻域中的值)和4128个原子(包括颗粒表面和气相原子) - 与星际物质的实际密度相比,在上下文中是一个不切实际的大数,但仍然非常指示趋势和最佳计算机当前可以在合理的计算时间内管理,例如天

科学家发现,在低温下,颗粒表面有助于催化比气相中更快的生长,并且通常表面温度是决定分子结构的主要因素,特别是它们的几何复杂性

该研究为在天体物理碳质表面形成大型富碳分子提供了重要的新见解

例如,他们得出结论,尽管大的链和支链分子可以在颗粒表面上形成,但它们没有足够的能量粘附在表面上并因此移动,而在1000开尔文以上它们倾向于粘附在表面上并形成孤立的大可能演变成像巴基球这样的复杂结构的集群

Publicaiton:David W. Marshall和H. R. Sadeghpour,“模拟在理想石墨表面形成富碳分子”,MNRAS(2016年1月21日)455(3):2889-2900; doi:10.1093 / mnras / stv2524消息来源:哈佛 - 史密森尼天体物理中心

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