从石墨烯到多环芳烃再现观测红外光谱的天文化学演化

在许多天文尘埃云中观测到了由多环芳烃（PAH）产生的星际无处不在的红外光谱（IR）。基于第一性原理计算，研究了一条可行的从石墨烯到多环芳烃的天文化学演化路径。第一步是超新星爆发后纳米碳在膨胀氦球中超冷条件下的成核过程。作为一个典型模型，尝试了具有晕苯骨架和七个碳六元环的石墨烯分子（C24）。第二步是质子溅射及对喷射出的石墨烯分子的钝化。能量低于 4.3 eV 的低速质子导致氢化，石墨烯分子（C24）转变为多环芳烃（C24H12）。能量足够高（大于 18.3 eV）的高速质子可以在分子中制造一个空位，例如形成 C23H12。所得结构是两个碳五元环和五个六元环的组合。第三步是高能光子对这些分子的光电离。电子被移除以使分子成为阳离子。模型分子（C23H12）变为单阳离子（C23H12）+、双阳离子（C23H12）2+ 等。这些阳离子之间的典型能量差为 6.5 和 10.8 eV。如果光源具有黑体辐射的性质，有效温度将为 18000 K 至 24000 K，这表明中心光源恒星的质量可能是我们太阳的 4 到 7 倍。最后，获得了理论红外光谱。特别是在（C23H12）2+ 的情况下，计算出的发射光谱显示，在 13 个主峰中，有 11 个峰可以与无处不在的观测红外光谱相关联。