我所利用自由電子激光揭示星際介質S2碎片的直接來源

  近日,我所分子反應動力學國家重點實驗室、大連光源科學研究室袁開軍研究員團隊,與中國科學技術大學王興安教授合作,利用自主研發的基于大連相干光源的離子成像實驗裝置,首次在CS2分子的光解中觀測到C+S2產物通道,為天文觀測到的星際介質S2的直接來源提供了實驗證據。

  星際空間硫化物的產生與演化是十分重要的研究課題。20世紀80年代,國際紫外線探測器人造衛星(IUE satellite)陸續在多顆彗星上觀測到了CS、S2分子,而其母體分子CS2由于沒有永久偶極矩,在很長一段時間內沒有被觀測到。目前,普遍認為CS2是慧核、星際塵埃或冰核中存在的氣體分子,而CS和S2是CS2光解產生的。但是,CS2主要的解離機理并不十分清楚,S2也沒有被實驗直接觀測到。因此,CS2的光解研究有助于人們進一步了解彗星及星際塵埃的物質組成及其相互演化過程,為天文觀測提供更多相關證據以及觀測方法。

  該團隊利用大連相干光源結合時間切片—離子速度成像裝置,對CS2分子在紫外波段的雙光子光解和極紫外波段的單光子光解動力學展開研究,實驗中不僅觀測到了CS2分子直接解離產生C+S2的產物通道,同時獲得了具有振動量子態分辨的電子基態和電子激發態產物S2(X3Σg-/a1Δg/b1Σg+)。此外,該團隊還結合理論計算給出了解離機理,其中1B2電子激發態在CS2分子的異構化及隨后的解離過程中發揮了至關重要的作用。此項研究解釋了星際中S2碎片可能直接來源于CS2分子的輻射解離。

  此前,該團隊還探測了OCS分子解離生成C+SO的產物通道(The Journal of Physical Chemistry Letters,2019)。結合本工作,該團隊證明典型的三原子分子ABC解離還有另外一個產物通道,即中間原子抽取通道(B+AC),這個通道有可能是普遍存在的,有望為天文觀測提供更多相關依據以及觀測方法。

  相關成果發表在《物理化學快報》(The Journal of Physical Chemistry Letters)上。該工作得到國家自然科學基金委動態化學前沿研究中心、國家自然科學基金、中科院關鍵技術團隊等項目的資助。(文/圖 李振興)

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