星际水冰模型中一氧化碳的红外光谱指纹

一氧化碳（CO）是星际介质气相中丰度第二高的分子。在致密分子云中，它也以混合水主导冰的组分形式存在于固相中，覆盖在尘埃颗粒上。其在固相中的存在由红外（IR）信号推断。在固相 CO/水混合样品的实验观测中，其红外频率分裂为两个组分，产生蓝移和红移谱带。然而，在天文观测中，前者从未被观测到。已有若干尝试解释这一特殊行为，但问题仍然悬而未决。本工作中，我们借助纯量子力学模拟以阐明该问题。我们采用不同的周期模型模拟 CO/H$_2$O 冰系统，例如水冰表面上的单吸附与多重吸附 CO、包埋于水笼中的 CO，以及恰当的 CO:H$_2$O 混合冰。我们还模拟了纯固相 CO。对数据的详细分析揭示了 CO 的四极矩特征及其与水冰的色散力如何决定 CO/H$_2$O 冰相互作用的能量学以及 CO 的光谱行为。我们的数据表明，蓝移峰可归属于通过 C 原子与水冰悬垂 H 原子相互作用的 CO，而红移峰实际上可能是 CO 与水基质发生不同相互作用的结果。我们还为天文光谱中蓝移峰的缺失提供了可能的解释。我们的目的并非全面描述各种星际冰，而是阐明 CO 光谱特征对不同水冰环境的敏感性。