原子在无定形硅酸盐尘埃上的结合能：计算研究
星系天体物理
2026-02-25 v1 材料科学
摘要
背景。我们研究了原子与星际尘埃颗粒的结合能，这在尘埃的生长与演化及其表面的化学反应中起着关键作用。目标。我们旨在计算星际介质中丰度较高的原子（C、N、O、Mg、Al、Si、S、Ca、Fe 和 Ni）与硅酸盐尘埃的结合能。方法。我们使用了几何、频率与非共价相互作用紧束缚 (GFN1-xTB) 方法来计算结合能。使用了包含 81 个表面局域极小值的 FeMgSiO 周期性表面模型。结果。发现每种元素均存在一个结合能范围。结合能的中位数遵循以下顺序：Si (14.8 eV) > Al (12.8 eV) > Ca (12.7 eV) > C (9.5 eV) > O (8.1 eV) > N (6.2 eV) > Fe (6.0 eV) > S (5.2 eV) > Mg (2.4 eV)。除 Ca 外，每种元素结合能的概率分布在统计学上与对数正态分布一致。结论。总体而言，Si、Ca 和 Al 原子具有较大的结合能。因此，这些原子在高温下能留在硅酸盐尘埃颗粒上。其他原子（C、N、O、Mg、S、Fe 和 Ni）的结合能相对较弱。然而，计算出的这些元素的结合能仍远强于与周围星际介质 (ISM) 典型尘埃温度相关的能量，表明硅酸盐颗粒通常能稳定存在而不升华。我们估计，根据假设的颗粒尺寸和寿命，硅酸盐颗粒的升华温度在 1600 K 至 3000 K 之间。这些首次从第一性原理估算的硅酸盐尘埃颗粒上的结合能，为星际介质中的尘埃演化和尘埃催化化学反应模型提供了极其宝贵的输入。
引用
@article{arxiv.2508.19339,
title = {The Binding Energies of Atoms on Amorphous Silicate Dust: A Computational Study},
author = {Kristoffer Hansson and W. M. C. Sameera and Clarke J. Esmerian and Duncan Bossion and Stefan Andersson and Susanne Aalto and Wouter Vlemmings and Kirsten K. Knudsen and Gunnar Nyman},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.19339},
year = {2026}
}
备注
To be submitted to Astronomy & Astrophysics, comments welcome