【科技日報】大連光源揭示星際物質硫分子的直接來源

  來源:科技日報

  發布時間:2021-02-04

  科技日報訊 (記者郝曉明)硫化物的產生與演化是行星形成和生命起源的重要線索。自20世紀80年代以來,國際紫外線探測器衛星在多顆彗星上觀測到亞硫化碳(CS)和硫分子(S2)。研究人員普遍認為,CS和S2是由二硫化碳(CS2)光解離產生的,但在星際從未觀測到過CS2。長久以來,人類對CS2的解離機理并不清楚,在實驗室觀測S2也是科研難題。

  中科院大連化物所分子反應動力學國家重點實驗室、大連光源科學研究室研究員袁開軍團隊,與中國科學技術大學教授王興安合作,利用自主研發的基于大連相干光源(以下簡稱大連光源)的離子成像實驗裝置,首次在CS2的光解離中觀測到碳原子和硫分子(C+S2)的產物通道,為天文觀測到的星際物質S2的直接來源提供了實驗證據,有望為天文觀測提供更多相關依據以及觀測方法。相關研究成果1月中旬發表在《物理化學快報》上。

  袁開軍介紹,典型的三原子分子ABC光解離,通常斷裂A—B或B—C之間的化學鍵,作為中間橋梁的“—B—”化學鍵斷裂往往需要更高能量。為此,研究人員讓大連光源輸出能量更高的光子照射CS2,并借助離子速度成像裝置觀察照射后產生的碳原子產物。

  研究人員發現,CS2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。結合理論計算發現該過程的解離機理,即電子激發態的CS2經歷異構化過程,硫原子從直線型(S-C-S)分子逐漸繞到另一邊生成直線型(S-S-C)分子,再解離產生C和S2。該研究推測,星際中的S2可能直接來源于CS2分子的輻射解離。

  袁開軍說:“結合此前的研究發現羰基硫化物(OCS)分子解離可以生成碳原子和氧化亞硫(C+SO)的產物通道,研究人員推測三原子分子ABC解離的產物通道除了A+BC、C+AB,還有B+AC,這個通道應該是普遍存在的,這為天文觀測提供了更多的觀測方法。”

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