超级计算机模拟太空中富碳分子的形成

时间：2021-10-28 11:58:00来源：

在空间中形成复杂有机分子的计算机模拟。在3000 K的石墨烯表面上形成的球形分子结构在形状上与富勒烯相似。红色原子起源于气相，白色原子来自表面。

哈佛-史密森天体物理学中心的科学家已经使用了新一代的超级计算机来模拟太空中的原子如何结合形成富碳分子和簇。

恒星之间的空间不是空的，而是包含大量的弥散物质，约占我们银河总质量（不包括暗物质）的5-10％。大部分材料是气体，主要是氢，但在复杂的含碳分子中包括乙烯，苯，丙炔，甲醇和其他醇，氰化物，简单氨基酸，甚至更大的分子（多环芳烃和布基球）具有五十个或更多的碳原子。某些类似氰化物的物种的相对丰度与太阳系彗星中的相对丰度相似，这表明当地的碳化学不是唯一的。

对于天文学家来说，一个重要但尚未解决的问题是如何制造这些复杂的有机分子。答案可能在于星际尘埃颗粒。这些微小的颗粒约占星际材料的质量的百分之一，并且主要由具有一些碳和/或其他元素的硅酸盐制成。这些颗粒似乎对星际介质中发生的化学反应至关重要，因为它们为气体分子提供了一个可以与其他分子发生反应的表面。

CfA天体物理学家David Marshall和Hossein Sadeghpour使用了新一代的超级计算机（哈佛大学的Odyssey研究集群）来模拟太空中的原子如何在气相或尘埃颗粒表面结合形成富含碳的分子和簇。他们的模拟使用的温度范围从100到3000开尔文（代表恒星附近的值）和4128个原子（包括晶粒表面和气相原子）–与星际物质的实际密度相比，这是一个不切实际的数字，但仍然非常高指示趋势，最好的计算机目前可以在合理的计算时间内（例如几天）进行管理。

科学家发现，与气相相比，在低温下，谷物表面有助于催化更快的生长，总的来说，表面温度是决定分子结构（尤其是其几何复杂性）的主要因素。该研究为天体碳质碳表面上大碳富集分子的形成提供了重要的新见解。他们得出的结论是，例如，尽管大链和支链分子可以在谷物表面形成，但它们没有足够的能量粘附在表面上并因此四处移动，而超过1000开尔文时，它们倾向于粘附在表面上并形成孤立的大分子。可能演变成布基球等复杂结构的集群。

公告：David W. Marshall和H. R. Sadeghpour，“模拟理想化石墨表面上富碳分子的形成”，MNRAS（2016年1月21日）455（3）：2889-2900；土井：10.1093 / mnras / stv2524