低温下低能 $CH_{3}^{+}$ 离子与非晶固态水表面反应形成甲醇

我们实验研究了约 10 K 下低能 $CH_{3}^{+}$ 离子与非晶固态水（ASW）表面反应形成甲醇的过程。新开发的实验装置能够以数 eV 离子辐照 ASW 表面，并检测表面上痕量的反应产物。研究发现，低能 $CH_{3}^{+}$ 辐照 ASW 表面可产生甲醇分子，且所生成甲醇中的羟基来源于 ASW 中的水分子，正如先前理论研究所预测。在 12–60 K 温度范围内，观测到的甲醇强度无明显温度依赖。10 K 恒温条件下的第一性原理分子动力学模拟表明，无论 $CH_{3}^{+}$ 在 ASW 表面的接触点在何处，该反应均自发产生一个甲醇分子和一个 $H_{3}O^{+}$ 离子。我们在分子云条件下使用天体化学模型进行了模拟，其中包含了导致甲醇生成的 $CH_{3}^{+}$ 与 $H_{2}O$ 冰之间的反应。我们发现，由于气相中 $CH_{3}^{+}$ 丰度低，该反应对甲醇丰度的影响仅限于分子云边缘（< 1 mag），而丰度较高的分子离子 $HCO^{+}$ 与 $H_{2}O$ 冰之间的反应（尚未经实验证实）可显著影响复杂有机分子的丰度。本工作揭示了分子离子与冰表面之间应被纳入天体化学模型的新型反应。