港大太空研究實驗室揭開「宇宙秘線」起源

圖片提供:SeyedAbdolreza SADJADI和栢坤霆。
圖片提供:SeyedAbdolreza SADJADI和栢坤霆。

【星島日報報道】科學界早於30年前發現在恆星、星際雲和星系光譜中存在着不明紅外線輻射 (UIE),但天體物理學家一直都未能解開UIE波段的分子起源和它到底以甚麼作為載體這謎題。由香港大學太空研究實驗室的成員SeyedAbdolreza SADJADI博士和港大物理學系教授兼太空研究實驗室總監栢坤霆領導的研究團隊,終於對這謎題理出一點眉目。

團隊運用物理理論與方法,發現「巴克明斯特富勒烯」C60 分子(又名巴基球)在理論上很有可能是UIE的載體。此發現剛剛獲得著名科學期刊《天體物理期刊(The Astrophysical Journal)》刊登。Sadjadi博士和栢坤霆於2021年的一項研究中,已證明巴基球在理論上可電離化至+26(C60+26, 即把巴基球的60 個電子中的 26 個移除掉)並仍能以穩定的狀態存在。而在這次的研究中,團隊運用第一量子原理化學計算,表明在理論上富勒烯電離形式中的紅外線發射特徵是可以預測。

團隊發現,一些帶正電荷的富勒烯有着很強的發射帶,而在11.21、16.40 和 20-21 微米(μm)的波長範圍內更與UIE的特徵非常吻合。團隊能將這些具有 q = 1 - 6的 C60 陽離子組的紅外線光譜特徵,與具有6.2 μm 波段、同樣被視為是UIE的載體的多環芳香族碳氫化合物(PAH)區分。此發現有助識別其他潛在載體,並對辨別和探索複雜烴類有機物和富勒烯的共存具有特別重要的意義。

栢坤霆指,這項由Sadjadi 博士主導、極為複雜的量子化學研究,取得驚人的成果,對於能參與其中感到非常榮幸。他們首先證實富勒烯——碳 60可以在高度電離下存活的猜想,現在又利用這一理論發現其高度電離物質下的紅外線發射特徵竟與一些熟知的不明紅外發射特徵非常匹配。這一發現應該有助於重振這一研究的領域。

Sadjadi 說,在第一篇論文中,已從理論上證明高度電離的富勒烯是存在,並能在惡劣的太空環境中生存下來,這有如解答讓足球保持其形狀不變的前提下最多可以擠出多少空氣的疑問。Sadjadi 又指,張勇和夏志浩確認「天體交響樂」中的「分子振動音調」,即這些電離巴基球會釋放/產生的光譜特徵,亦因而可以在太空中將這些光譜特徵輕易捕獲,並將之與 PAH 區分。從預測巴基球電離形式中紅外線的發射特徵,到推想其為UIE波段分子的起源和載體,天體物理學家終能為謎題立下可信的理論基礎,揭開「宇宙秘線」的神秘面紗。

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