未知含硅星际分子探测

Silicon in the interstellar gas is only slightly more depleted than C, N and O, which means there could be rich silicon-bearing molecules in the interstellar medium. The astronomical searches for silicon-bearing molecules help us to understand the questions such as the revolution of interstellar gas and stars, the origin of life. Although now the radio telescopes can easily collect plenty lines from the interstellar medium, the lack of spectroscopic data from laboratory prevents the final identifications of the silicon-bearing molecules. In this project, the potential astronomical silicon-bearing molecules , which are usually unstable on earth (with high molecular density) will be produced on line in the laboratory. With pulse jet-Fourier transform microwave spectroscopic technique (2-20 GHz), their high resolution rotational spectra will be investigated. This project will also use the 65-m Tianma radiotelescope (1-50 GHz) to conduct high-sensitive observations of sources in which strong emits of SiO (shock tracers) detected in the post-main sequence stars and star-forming regions. According to the spectroscopic data obtained from laboratory rotational spectroscopy, the molecular signals detected were screened and identified to confirm the existence of silicon-containing molecules in the interstellar medium.

硅是星云气体的重要组成元素，含量仅比碳、氮和氧稍低，预示着含硅分子可能广泛存在于星际空间中。虽然目前高灵敏度大型射电天文望远镜已经能够从星际空间中探测到丰富的光谱信号，但分子的确认还需实验室光谱数据，这些信息的缺失很大程度制约了更多含硅分子的星际探测。本项目拟利用本团队自研制的脉冲喷射-傅里叶变换微波光谱仪（工作频段2-20 GHz），选择已经探测到的星际有机小分子与硅源分子作为前体，在线制备出潜在的含硅星际分子，特别是在地球环境（分子密度高）不能稳定存在的，以实现这些分子的转动光谱研究，并根据相关理论模型确定该分子在星际空间环境中的特征谱线，建立面向全世界开放的光谱数据库。本项目也将利用上海天文台65米天马射电望远镜（观测频段1-50 GHz）多个分子源进行高灵敏度积分观测。根据实验室转动光谱研究得到的光谱数据，从探测到的分子信号中筛选辨识，确认星际空间中是否存在相应的含硅分子。

星际分子的发现是20世纪60年代天文学四大发现之一，这一发现使得人们可以通过探索星际分子来研究距离地球成千上万光年外的宇宙空间环境，了解恒星及星云的演化过程，甚至人类孜孜追求的生命起源问题也可能从中找到答案。近年来，探测发现新的、复杂的星际分子逐渐成为天文学家们关注的热点。硅是星云气体重要的组成元素，丰度仅次于碳、氮和氧，并且在一些拱星壳层甚至温度较低的星际空间都发现了含硅分子，这预示着含硅分子可能广泛存在于星际空间中。但事实上，含硅星际分子的研究和搜索进展缓慢，这主要是因为星际搜索需要实验室转动光谱数据作为支撑，但在实验室中很难获得气态的含硅分子。我们利用自研的脉冲喷射-傅里叶变换微波光谱仪，通过改进现有的和设计全新的脉冲喷嘴，以实现含硅星际分子的在线制备，并获得了部分潜在星际分子的理论和实验光谱参数，为射电观测提供了重要的数据支撑。同时利用上海天文台天马65 m射电望远镜，对17个富碳星进行射电观测，在IRC+10216天区证认出了SiS以及SiC2的谱线，还利用西班牙IRAM 30 m射电望远镜的单点谱线巡天数据证认了50个大质量恒星形成区中复杂有机分子的谱线，在多个天区成功证认出了SiS、SiC2以及c-SiC3等含硅星际分子。我们还对未探测到的含硅分子H2SiO与HSiCN进行了搜索，并在G209.00-19.38天区中证认出了一条H2SiO的“干净”谱线，在G000.67-00.03中证认出了一条HSiCN的疑似谱线和一条混淆线，这还需要利用更加灵敏的射电望远镜的观测数据进行进一步的确认。另外，我们与上海天文台等多个单位深入合作，利用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA），成功在Sgr B2探测到了目前在星际空间发现的最大的类肽键分子——丙酰胺。这些结果能够帮助我们建立完善天体化学模型，以重构星际空间环境中发生的化学反应网络，将有助于我们更好地理解恒星形成及演化过程中的物理化学变化。