杨雪娟 湘潭大学材料与光电物理学院 合作者：李爱根, R. Glaser, 钟建新 2014年7月16日 大连 星际未证认红外谱带的 化学性质研究 杨雪娟 湘潭大学材料与光电物理学院 合作者：李爱根, R. Glaser, 钟建新 2014年7月16日 大连
星际未证认红外谱带(UIR) 为什么要研究UIR? 上世纪70年代首次观测到； 载体性质尚不清楚； 主导众多天体的中红外辐射，包括反射星云，行星状星云， HII区，原行星状星云，极亮红外星系等 (Tielens 2008)。 Orion Nebula NGC7331 Spitzer : 8 mm (red); 4.5 mm (green) & 3.6 mm (blue) Tielens (2008)
UIR 带 主要特征谱线 主带: 3.3 μm (3030 cm-1), 6.2 μm (1613 cm-1), 7.7 μm (1230 cm-1), 8.6 μm (1163 cm-1), 11.2 μm (893 cm-1), 12.7 μm (787 cm-1)； 弱发射线: 3.4 μm (2940 cm-1), 6.85 μm (1460 cm-1), 16.4 μm (610 cm-1), 17.4 μm (575 cm-1) 等。 Orion Bar Tielens (2008)
UIR 载体模型 Yang et al. (2014a)
博士论文答辩 UIR 载体: 多环芳香烃(PAH) Li 2007
UIR 中谱带的起源 NGC7027 Orion Bar Tielens (2008)
UIR 载体: MAON? 芳香-脂肪混合有机纳米颗粒？(Mixed Aromatic/ aliphatic Organic Nanoparticles (Kwok & Zhang 2011 Nature, 479, 80.)) 脂肪族 芳香族 Kwok & Zhang (2011)
UIR 载体 MAON和PAH模型的主要区别: 芳香族占主导还是脂肪族与芳香族混合？ I: 流量; A: 振动强度 UIR 载体以芳香族为主，脂 肪族中的C原子不超过15% 。 Li & Draine (2012)
研究的出发点 给出精确的A3.4 和 A3.3值 对众多有3.4和3.3微米谱征的天体给出 I3.4/I3.3 目前，对PAH和methyl PAHs气态下的红外振动谱定量 测量还很少； 我们将采用量子化学计算给出A3.3和A3.4。 对众多有3.4和3.3微米谱征的天体给出 I3.4/I3.3 目前已经在超过30个天体中探测到了3.4微米谱征。
量子化学计算 Gaussian 09 计算的分子包括: 计算方法: 模拟计算一系列PAH和它们所有的单甲基衍生分子的红外振动 光谱: 结构、能量、光谱 (简谐振动 & 非简谐振动 频率, 强度) 计算的分子包括: Benzene (C6H6), naphthalene(C10H8), anthracene(C14H10), phenanthrene(C14H10), pyrene(C16H10), perylene(C20H12), coronene(C24H12) . 计算方法: 基于密度泛函理论(B3LYP)和二级Møller-Plesset 微扰理论 (MP2) 结合以下基组函数: 6-31G* 6-31+G* 6-31+G** 6-31++G** 6-311G** 6-311+G* 6-311+G** 6-311++G** 6-311+G (3df,3pd) 6-311++ G(3df,3pd)
分子结构、命名
Benzene光谱: C-H 拉伸振动区 Fermi 散射 Yang et al. (2014b) exp: http://webbook.nist.gov/chemistry/
toluene光谱: C-H 拉伸振动区
A3.4/A3.3与基组函数的依赖关系
不同分子的A3.4/A3.3
观测数据拟合：I3.4/I3.3
I3.4/I3.3 分布 <I3.4/I3.3>=0.12
计算得到的 NC,aliph/NC,arom I3.4/I3.3 = 0.12 A3.4/A3.3 = 1.76 一个脂肪族C原子对应2.5个C-H键 (取亚甲基 –CH2 和甲 基 –CH3的中值) ，一个芳香族C原子对应0.75个C-H键 (取苯C6H6和coroneneC24H12的中值).
UIR载体主要是芳香族的，PAH模型最为自洽 小 结 我们搜集并分析了35个有3.3、3.4微米谱征的源，得到 I3.4/I3.3中值为0.12。 我们计算了一系列PAH和甲基PAH分子的红外振动光谱， 得到所有分子的A3.4/A3.3 均大于~1.4，平均值约1.76。 将3.4微米谱征全部归结于脂肪族C-H键拉伸，我们得到脂 肪族的C原子含量约占总C原子的~2%，由此给出结论： UIR载体主要是芳香族的，PAH模型最为自洽 谢谢大家！
I3.4/I3.3 vs. 有效温度