新的天文学工具追踪宇宙碳的演变

科学家们首次能够自动解释太空中以前未知的红外辐射，这些辐射是由令人惊讶的复杂有机分子（称为多环芳烃（PAH））产生的，这种有机分子在整个宇宙中都非常丰富和重要。他们使用红外辐射光谱识别太空中的未知物质。这些光谱与指纹一样好，可用于识别。分析PAH波段代表了一种强大的新天文工具，可追踪宇宙碳的演化，并同时探测整个宇宙的状况。图片来源：美国宇航局艾姆斯

通过使用一组真实的PAH光谱，再加上算法驱动的盲计算分析，天体物理学家能够解释多环芳烃（PAH）先前未知的红外辐射，发现PAH的大小，电荷和结构发生了显着变化，适应不同的环境。

如今，位于加利福尼亚州莫菲特菲尔德（Moffett Field）的美国宇航局艾姆斯研究中心的科学家们有能力系统地研究宇宙碳的分子演化。这些科学家首次能够自动解释太空中以前未知的红外辐射，这些辐射是由令人惊讶的复杂有机分子（称为多环芳烃（PAH））产生的，这种有机分子在整个宇宙中都非常丰富和重要。

在2003年至2005年之间，由于其空前的灵敏度，由加利福尼亚州帕萨迪纳市NASA喷气推进实验室管理和运营的NASA的Spitzer太空望远镜绘制了大面积空间中PAH签名的地图，这些区域来自烈性紫外线的热区（UV）辐射靠近恒星，形成恒星和行星的冷暗云。通过独家使用他们独特的真实PAH光谱集合，再加上算法驱动的盲计算分析，Ames的科学家们能够用复杂的有机分子解释宇宙红外图。他们发现，PAH的大小，电荷和结构发生了显着变化，以适应地图中每个位置的不同环境。碳是空间中最丰富的原子之一，科学家认为，这些图谱的光谱变化可追踪整个宇宙中碳的分子演化。

在2003年至2005年之间，由于其空前的灵敏性，美国宇航局的Spitzer太空望远镜创建了跨越大空间区域的PAH信号图。图片来源：美国宇航局JPL

“在我们发现这种出乎意料的，但来自太空的常见红外（IR）辐射的“签名”或识别频谱时，暗示了PAH可能是造成这种情况的原因，我们仅限于少数小型PAH，可供研究，埃姆斯（Ames）天体物理学研究员路易斯·阿拉曼多拉（Louis Allamandola）说。“为了检验PAH负责任的想法，我们在天文条件下测量和计算了PAH光谱，创建了世界上最大的PAH光谱集合。今天，我们的收藏包含700多个PAH光谱。”

结果于5月14日发布在“ NGC 7023西北PDR中的PAH的属性1：PAH的大小，电荷，组成和结构分布”，《天体物理学杂志》，第1卷。 769（2）第117条，2013年。

为了确定这些图的光谱变化，这些天体物理学家使用了Ames的PAH IR光谱数据库中收集的PAH光谱。他们分析了虹膜星云（NGC 7023）的Spitzer IR图，该图既包含恒星附近区域的极端环境，又包含冷分子云的更加屏蔽，良性的环境。

新的地图显示，小的，电中性的，不规则形状的PAH在离激发PAH发射的恒星较远的冷分子云附近最重要。但是，当PAHs靠近激发恒星并远离冷云时，它们会变大，对称并带电。“大型PAH接管了，因为它们比较小的不规则形状的PAH更坚固，后者被未屏蔽的星光摧毁，” Ames的天体物理学家Christiaan Boersma说。

最后，这些大型的PAHs本身会被分解，因为它们被剥夺了氢并变成了小碎片。此时，脱氢多环芳烃的发射在观察区域内接管。有两个特别重要的发现：首先是需要带正电的含氮PAH阳离子来完成正确的光谱特征和所观察到的发射之间的匹配，其次是脱氢和碎片化发生在接近碳原子的地方。令人兴奋的明星。

“含氮多环芳烃（PANHs）的指示意义重大，因为以前没有认真考虑过。它们代表了一类重要的益生元分子，它们是生命的先驱。”埃姆斯的天体物理学家杰西·布雷格曼（Jesse Bregman）说。“如果得到证实，则表明整个宇宙中都存在复杂的含氮芳香分子。”

这种使用单个PAH光谱分析芳族红外波段的方法，提供了有关PAH亚群受紫外线驱动的空间演变的新的基本信息。还将这些变化与局部条件的变化联系起来，例如由于区域的物理形状和历史，辐射场等而引起的变化。

“ Spitzer在整个宇宙中检测到PAH的特征，并显示在大爆炸之后仅数十亿年就已经形成了PAH。由于多环芳烃对当地条件非常敏感，因此像我们在这里进行的那样，分析多环芳烃波段代表了一种强大的新天文工具，可用于追踪宇宙碳的演化，同时探测整个宇宙的状况。”阿拉曼多拉总结道。

在天体物理学研究与分析计划的主持下，这项工作得到了美国国家航空航天局（NASA）在银河联盟中的Carbon的支持。

出版物：C. Boersma等人，“ NGC 7023的西北部光子支配区域的多环芳烃的特性。I. PAH的尺寸，费用，组成和结构分布，” 2013年，ApJ，769，117； doi：10.1088 / 0004-637X / 769/2/117

图片：美国宇航局艾姆斯美国宇航局JPL