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  • 国科大苏刚研究团队提出星际介质 国科大苏刚研究团队提出星际介质中紫外消光峰物理来源的新见解

           近日,苏刚教授研究团队基于氢化的T碳分子团簇提出新模型,对困扰人们半个多世纪的银河系星际介质中2175埃紫外消光峰的物理来源给出新解释,理论结果与实验观测相当吻合,相关研究成果最近发表于天文学国际权威期刊《皇家天文学会月刊》 (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 497, 2190-2200 (2020), DOI: 10.1093/mnras/staa2061)。

           1965年,美国马里兰州格林贝尔特戈达德太空飞行中心的科学家Theodore P. Stecher利用探空火箭测量五个恒星的1200至3000埃的紫外波段消光光谱时,首次观察到波长为2175埃的消光峰(ApJ 142, 1683 (1965))。随后,多个卫星观测证实在银河系的数十个星系中普遍存在2175埃的消光峰。对众多星系的大量观测研究表明,在星际介质中2175埃消光峰几乎无处不在,并且十分显著。最近的天文观测也显示这种神秘的2715埃消光峰甚至存在于类星体中。目前,天文学界广泛认为2715埃消光峰应该来自于碳物质。然而,经过半个多世纪的深入研究,这种消光峰的确切物理来源至今仍不清楚。虽然科学家已经提出了包括石墨、无定形碳、金刚石和多环芳香烃等传统的碳物质作为候选载体去解释其物理来源,但各自都存在一定的局限性,到现在为止仍然没有取得广泛共识。因此,如何解释星际介质中神秘的2715埃消光峰,目前仍是困扰人们的一大谜题。

           最近,来自中国科学院大学的苏刚研究团队提出新模型,对星际介质中2715埃消光峰的物理来源给出全新解释。他们通过研究提出了一个混合物模型,指出星际介质中的2175埃紫外消光峰与氢化的T-碳分子(hydrogenated T-carbon molecule,分子式为C40H16,简称HTC,其结构如图1所示)团簇可能密切相关。氢化的T-碳(HTC)分子是一种新的碳物质,目前尚未见到在实验室合成。他们通过计算发现,HTC分子的紫外光谱在2175埃处具有非常显著的吸收峰。通过该模型,他们将HTC混合物、石墨、MgSiO3和Fe2SiO4的吸收谱进行线性组合,结果发现银河系中任选的六个星系的紫外消光谱都可以被很好地拟合。

           几年前,苏刚研究团队提出了一种新型的碳同素异构体,命名为T-carbon(T-碳)(PRL 106, 155703 (2011)),引起了国内外同行的极大兴趣,也导致后续一系列针对此新结构的大量深入研究,发现T-碳在储氢、锂电池、热电、光催化、太阳电池、超导、拓扑物态等领域都具有重要的应用前景。T-碳是通过将金刚石中每个碳原子替换为碳四面体得到的碳的新结构,具有sp3杂化特征和较低的密度。最近,利用不同的实验方法,科学家们已经在实验室分别成功地将T-碳制备出来(Zhang J et al., Nat. Commun, 8, 683 (2017) ; Xu K et al., Carbon 157, 270 (2020))。通过实验测量T-碳的紫外吸收光谱,研究人员发现其吸收峰位于2250埃,十分接近2175埃。通过进一步计算发现,T-碳比较容易在负压环境中形成,这意味着T-碳及其碎片(分子或者团簇)可能易于在星际空间中以某种形式存在。这些研究结果显示T-碳或许与星际介质中2175埃的消光峰有关。考虑到星际空间充满了氢,在星际空间中的T-碳也有可能会以氢钝化的分子或团簇形式存在,从而形成氢化的T-碳(HTC)分子或团簇。

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    1 氢化的T-carbon分子(HTC分子式为C40H16)的结构示意图。红色和黄色的球分别代表碳原子和氢原子。

           苏刚团队计算了HTC分子的紫外吸收光谱,发现在2175埃处HTC分子具有非常明显的吸收峰,表明星际介质中2175埃紫外消光峰的物理来源很可能与氢化的T-碳分子或团簇存在密切联系。他们提出了一个基于HTC分子的混合物模型,计算发现HTC分子团簇混合物在2175埃处仍具有显著吸收峰。此外,由于硅酸盐和含镁和铁的橄榄石以及石墨颗粒也会是星际介质的成分,所以在此模型中也考虑了铁橄榄石(Fe2SiO4)、顽火辉石(MgSiO3)和石墨的紫外吸收光谱。

           通过线性组合HTC分子团簇混合物、石墨、MgSiO3和Fe2SiO4的紫外吸收光谱,发现在银河系中任选的六个星系(BD582292、HD239689、HD239742、HD239722、HD283800和HD147889)的紫外消光曲线按照此模型都可以被很好地拟合出来(如图2所示)。

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    2 (a) BD582292,(b) HD239689,(c) HD239742,(d) HD239742,(e) HD283800和(f) HD147889六个星系的归一化紫外消光曲线拟合结果。菱形表示观测数据,红色实线是拟合曲线,其他线条在(a)的图例中已标示。每个图中算式的系数表示四种成分(HTC混合物、石墨、MgSiO3和Fe2SiO4)按百分比给出的不同柱密度比。

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    3 银河系星际介质中对2175埃消光峰有贡献的组成成分示意图。背景是由美国宇航局和欧洲太空局的哈勃太空望远镜拍摄的星云图(已获许可)。

           这项研究通过提出新模型对银河系星际介质中2175埃紫外消光峰的物理来源给出了一个全新的解释,指出具有2175埃吸收峰的HTC分子的团簇混合物可能在解释星际介质2175埃消光峰的物理来源中起着重要作用。由于这项工作有助于解开这个存在长达半个多世纪的重要谜题,期望未来针对HTC分子及其团簇有更多的天文观测和实验室的研究工作出现。

           该论文的第一作者是国科大物理学院的博士生马星宇,第二作者是国科大的本科生朱炎炎。这项工作得到了国家重点研发计划、中国科学院、国家自然科学基金委和北京市科委的资助,相关计算在中国科学院超级计算中心的平台上完成。

    2020-11-18
  • 物理科学学院2020级303& 物理科学学院2020级303&304&305党支部组织观看“名家大师讲党史”系列网络直播公开课第五讲的主题党日活动

            为迎接中国共产党成立 100 周年,深入贯彻习近平总书记关于深入学习党史、新中国史、改革开放史、社会主义发展史的重要指示精神,深化思政课改革创新,教育引导学生党员深刻把握党的历史发展主题和主线、主流和本质,深入领会学习马克思主义理论的重要意义,2020年11月25日15:00,物理科学学院2020级303&304&305党支部组织全体党员在线观看“名家大师讲党史”系列网络直播公开课第五讲的主题党日活动。

            党支部全体学生党员认真观看学习李君如教授的“历史关键时刻对国家发展走向的战略指引”的公开课,观看直播后及时收集感悟并在线上讨论,做到真正有所得、有所感。

           党员刘源同志分享交流:我认识到建立现代化国家的国内大局的目标是靠我们这一辈人来完成,我们肩负重任,作为党员,更加应努力奋斗。李老师还剖析了国际形势,我真正认识了“百年未有大变局”的含义。三是面对机遇挑战的战略抉择和对国家发展走向的战略指引。我更加树立了创新的观念,并意识到在学习工作中加强创新的思维。

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    (刘源正在观看直播)

            李君如老师带领我们回顾了我们党制定经济社会发展规划的历史,分析了中国共产党治国理政的重要特点,学习了十四五规划的要点与精神,总结了我们党在历史关键时刻对国家战略走向的战略指引。

            孟颖同志谈到:我国正处于实现中华民族伟大复兴关键时期,我们要更加紧密地团结在以习近平同志为核心的党中央周围,在坚持和完善中国特色社会主义制度、推进国家治理体系和治理能力现代化上下更大功夫,努力完成“两个一百年”奋斗目标,实现中华民族伟大复兴的中国梦!

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    (孟颖正在观看直播)

            庞琛同志也分享他的观后感:当今我们正处于第十三个与第十四个五年规划的交替之际,面对国内与国际日趋复杂的总体形势,我们应当坚定理想信念,为下一个五年计划乃至第二个一百年奋斗目标的早日实现而不懈奋斗。

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    (庞琛正在观看直播)

            通过学习李君如教授的“历史关键时刻对国家发展走向的战略指引”的公开课,并在公开课后党支部的交流分享中,党员同志们倍感激励,作为新时代青年的我们应该勇担时代重任,肩负起时代赋予我们前所未有的责任与使命。

                                                                                                                                                                                                                                                        

    2020-11-26
  • 3:1拿下生死战,从垫底到头名 3:1拿下生死战,从垫底到头名出线的绝地反击!——物理学院足球队小组赛最后一场战报与小组赛完整回顾

           2020年11月22日,北京的初雪过后,艳阳天的正午依然寒风刺骨,物理学院足球队在西区体育场迎来了与材料学院的小组赛的最后一场比赛。根据小组赛前三场的情况,这一场比赛对物理学院来说是绝对的生死战,而对对手来说,则相对没那么重要。

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    (此前四周赛况:资环已完成全部比赛,积7分;第五周地农未来已战胜工学院,积9分锁定前两名;物理最后一场对阵材料,由于此前胜负关系为物理胜地农未来、物理负资环、材料平资环:物理取胜则为第一名,战平则居第三名,战败则排第四,而材料即使获胜也需获得10个净胜球才能居第二名,出线希望渺茫)

           由于天气寒冷,裁判组延长了热身时间,也给了双方观察对方的机会。根据观察,我们发现对方明显属于前场球员实力出众,但后场球员实力较弱的球队,并且对方门将存在身高不足与开大脚能力较弱的短板。根据对方的特点,我们决定继续贯彻防守反击的战术,并且有意识地增多射门次数,不惜多给对手球门球机会。

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    (双方赛前握手示意)

           根据分边,我方获得开球机会。主裁一声哨响,前锋邓克琦直接打门,虽然高出球门,但起到了震慑对方门将的效果,并且使对方门将需要开门球。对方门将的第一个门球果然距离不足,被我方拿下,邓克琦再次打门,这次被对方后卫挡出底线,我方获得左侧角球。队长侯博文开出角球,高空球贴着底线飞向后点,对方门将跳起接球但因身高问题将球漏过,我方前锋邓克琦抢点打进,1:0!而此时距离比赛开始仅一分钟左右,物理学院获得梦幻开局。

           之后双方开始了攻防战,双方打得有来有回。材料学院的锋线球员给我们的防线制造了许多威胁,但一旦被我方获得球权,我们的进攻也使对方疲于奔命。而我方中后卫朱旭斌的球门球质量明显更高,使得我们的进攻能推进到更近的地方。开场10分钟左右,在对方的一次进攻中,我方防守队员不慎手球,给了对方一次禁区外任意球机会,对方前锋的打门很有威胁,但被我方门将稳稳拿住。为巩固防守,中场球员汪恒宇换下边锋张圣奇,并由原中场黄刚改打边锋。开场15分钟左右,我方也获得一次中线附近的前场任意球,队长侯博文操刀主罚并选择直接吊门,皮球划出抛物线在门前下坠,从对方门将头顶越过,直接打进,2:0!物理学院扩大了领先优势。之后两边又奉献了精彩的攻防战,但由于对方调整了战术,前锋后撤,我们的防守反击也难以奏效。

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    (带伤出战的门将刘天想屡现精彩扑救)

    易边再战,对方开球。对方的7号球员开球时也选择趁我方守门员视线被挡时直接打门,但皮球偏出。此时我方球员明显略有懈怠,之后对方的一次进攻中,对方7号球员奉献了精彩的连续过人,并将球打进,比分改写为2:1,此时距离下半场开始也只有三分钟左右。但这个进球也使得双方的精力都更加集中。中场休息时,根据顾耀辉的观察提醒,我们针对对方前锋在我方开门球时后撤的战术,改为首先由门将短传两边,再由边后卫推进长传的方式,进一步压缩对方空间。尤其是韦文杰与顾耀辉的右路配合,使得对方左边锋不得不更多参与回防,大大缓解了我方后防压力。此时场面上明显是我方给予了对方更多的压力,对面只得更多依靠7号球员出色的个人能力,虽然其能力的确出众,多次连续过人,但面对朱旭斌领衔的钢铁防线,以及门将刘天想的几次精彩封堵与奋不顾身的下地扑救,他也只能望门兴叹。下半场约15分钟,我方左后卫侯博文打出防反插上,短传前锋邓克琦使其获得单刀机会,但对方门将也奋不顾身地出击封堵,献出精彩防守。可是其球门球再次失误,使我方再次获得左侧角球,依然由队长侯博文开出,依然是高空球找后点,依然是对面门将未能接住,禁区内的中场球员汪恒宇挤开防守队员,抢点进球,比分继续扩大为3:1!侯博文也完成定位球一射两助,毫无争议地当选本场mvp。

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    (顾耀辉与对方中场球员多次上演精彩一对一)

           面对扩大的落后,对方再次加强进攻,双方的威胁均增加,边锋黄刚与顾耀辉后撤到中场,来增加我方持球能力,场上多次出现中场绞杀战,尤其是对方中场球员与我方右边锋顾耀辉的多次一对一单挑,双方细腻的脚法也使场上球员与观众都大呼精彩,但右后卫韦文杰冷静地控制着节奏,使得对方进攻的机会更少一些,时间一分一秒地过去,双方再无建树。临终之时,对方进行了一波孤注一掷的连续进攻,但被我方防守队员连续挡出,堪称铁血防守。最终随着主裁三声长哨,物理学院拿下了这场生死战。

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    (物理学院足球队队员赛后合影)

           为期五周的小组赛结束了,一路走来,物理学院从不被看好到小组垫底,再力克强敌争得暂时的小组头名,最终在生死战中获得胜利,以小组头名出线。整个过程跌宕起伏,展示了队员们冷静的头脑与顽强的斗志,也展示了足球这项运动惊心动魄的魅力。

           在分组抽签结束后,物理学院与两支东区球队(地农未来联队与资环学院)两支西区球队(材料学院与工学院)分在b组。其中地农未来联队的诞生曾引发争议,但最终通过,其强大的阵容使其被公认为头号种子;资环学院则是人数众多,是所有球队中报名人数最多的,有极大的板凳深度;材料学院的锋线堪称豪华,虽然后防略显疲弱,但仍不容小觑;只有工学院的阵容相对单薄,但其后期与网安学院联合,也获得了补强。赛前,西区足球圈普遍认为,物理学院在这个组里属于中等水平,每一场都将很艰难,最终也很难出线。

           小组赛第一场,在物理学院与资环学院之间展开,由于场地与时间安排都使得物理学院的队员不太适应,我们的首战便遭遇了0:6。比赛的结果大大出乎意料,使得物理学院在排名中垫底,西区足球圈也出现了看衰物理学院的声音。但我们的队员们没有灰心,而是冷静地分析问题。首先根据自身存在的队员间不熟悉,阵容与战术不明确,临场指挥权不清晰等问题。队员们公选出队长侯博文与教练李西蒙,并制定出训练时间与计划,定期开展队内训练或与微电子学院、计算机学院的合练。

           第二场比赛,物理学院迎来头号强敌地农未来联队,并且其在自约的友谊赛中战胜a组头号种子电子学院,可以说风头正盛。但此时我们已经有了稳定的人员安排,明确的战术计划与临场指挥。虽然比赛刚开始时还欠缺磨合,一度落后,但在下半场我们打出了精彩的反击,连扳三球获得胜利(详细战报见之前的推送)。赛后,一名微电子学院的王牌球星表示:“这场比赛你们踢的真好,打出了西区的威风,很给我们长脸。”

           而第三场比赛面对工学院,物理学院开局依靠三次防守反击在第3,5,7分钟连进三球,奠定胜局,之后主动求变,尝试传控。但效果并不理想,我们通过实战效果,更加明确了战术方向,并保持了与其他学院的友好关系。赛后,由于物理学院还没有轮空,此时在小组积分中暂居榜首,有力地回应了此前看衰我们的声音。计算机学院的多名同学也表示出对我们的防守反击战术的叹服与羡慕。

           最后一场比赛在轮空后的第五周,面对这场必须拿下的比赛,我们再次展现出高昂的斗志,并取得了想要的成果。物理学院将以小组头名的身份出线,迎来淘汰赛的征程。

                                                              

    2020-11-23
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