吸收光谱在脉冲等离子体平面扩张

第一个在太空中吸收特性,钙线,被约翰内斯·哈特曼1904年观察到的。哈特曼意识到光从一个观察到恒星在到达地球之前被部分吸收。到了1920年代,钠吸收特性也被观察到。1922年,玛丽Lea Heger(报道两个新的固定漫反射光谱的吸收线数b型星。进一步系统的研究在1930年代指导天文学家的结论是,物种的星际介质(ISM),即之间的空间存在于恒星周围,可以观察到的吸收特性的来源。这结果是奇怪的,因为在ISM密度非常低,远低于最佳真空在实验室访问。今天的名单确定国际米兰,环绕恒星的分子包含超过160种物种丰富而奇异的化学的证据。后发现Heger(扩散吸收带的几个所谓的扩散星际乐队(零钱)被确定在1975年,第一个系统地调查的权利。当时39的筹码被观察到。今天,超过400的筹码已确定,令人惊讶的是,在近100年后,他们都只有一个共同点; no definite carrier has been found for any DIB. See http://dibdata.org/ for a catalogue of publications on DIBs. See also www.iau297.nl. The carriers are generally believed to be molecular and several candidates have been suggested, including polycyclic aromatic hydrocarbon cations, carbon chain radicals, fullerenes and excited hydrogen, but so far without convincing matches.

识别DIB运营商只能通过实验室研究显示精确和特定的光谱特性,与观察。然而这样的实验室研究并不是直截了当的,原因有两个:

1. 大多数DIB候选人在地面条件下不稳定的和生产的候选人,在寒冷的恶劣条件下类似于星际介质,在大型丰度是复杂的
2. 候选人只能形成低丰度,所以需要敏感的光谱技术测量吸收特性。,权利范围从440纳米到近红外线,识别精确和特定的功能在这个范围内是非常耗时的。

近年来,敏感腔增强吸收光谱(cea) (Berden2009)技术已经用于搜索运营商。第一届经济技术、腔衰荡光谱法(CRD),是1988年发展起来的。在CRD,光脉冲激光事件在一个光学腔,由2高反射率(> 99.99%)凹镜子,它包含样例接受调查。大多数的光反射的镜子面前的空腔;然而一些光进入空腔,成为被困。2腔之间的光over-and-back镜子和镜子在每个部分的光泄漏出来。因此,随着光横洞,一些在每个通过光被样品吸收。光泄漏的速度是由一个指数衰减,并揭示了吸收关于样品的信息。非常的弱吸收,不能被一个通过观察,可以发现使用CRD,平均一个光子进入腔可以通过样本超过10000次。这大大增加了光的衰减,使吸收检测。 In the last two decennia, an immense effort has been made in development of CEAS techniques. One such technique is incoherent broadband cavity enhanced absorption spectroscopy (IBBCEAS) [Fiedler2003]. In IBBCEAS, light from a powerful white light source, such as a Xenon Arc lamp, is used to trap light inside the cavity. Light exiting the cavity is focused onto the entrance slit of a wavelength selective devise, such as a spectrograph, which disperses light onto a CCD array. IBBCEAS may provide a prolific tool for the search for DIB carriers, as on each observation a broad wavelength range can be investigated. Crucial to IBBCEAS, is the selection of the detector, the wavelength selective element and CCD. The detector must cover a broad spectral range and at the same time offer a resolution high enough to observe the DIBs, ~0.03 nm, in combination with high sensitivity

实验设置

图1显示了一个示意图设置用于测试本文使用IBBCEAS候选人。

图1:实验装置示意图。生产是脉冲放电喷嘴。M1和M2是高反射率(人力资源)镜子,R > 99.995%。N2用于腔冲洗,减少的影响人力资源上的任何产品从等离子体镜。

承运人的候选人正在测试中碳链自由基和生产乙炔的脉冲放电/氩氦混合物。在脉冲放电喷嘴(生产),高压放电被放置在高压超声波脉冲扩张。这是一个非常成功的技术生产高活性分子的丰度的瞬变,比如ISM (Motylewski1999)中找到。通过喷嘴产生的等离子体膨胀它经历了大量的碰撞,导致有效的绝热冷却,达到电子振动的温度20 - 30 K。此外,大量的碰撞导致许多反应发生,导致数以千万计的新物种的形成。白色光源,LOT-QuantumDesign 300 W Xe-Arc灯,探测等离子体4 - 10毫米下游生产。退出腔光入射光快门,它传送光只有当等离子体存在,~ 500µs。光通过快门都集中到一个圆形矩形光纤束,出境的放置在入口狭缝的三叶草sr - 750 a摄谱仪配备一个13µm入射狭缝,一个750毫米焦距,1800槽/ mm光栅。摄谱仪的光分散到CCD探测器牛顿DU940P-BV包含13.5µm广场2048 x 512像素的宽度。可以测量光谱覆盖20 nm范围,典型的光谱分辨率为0.03 nm。

摄谱仪/ CCD提供足够的光谱精度和分辨率识别的筹码。~ 15分钟,光被收集和样本测量520至534海里,如图2所示。

图2:样本传输等离子体运行时通过光学腔

一个样本观察如图2所示。广泛的光强度的增加,在图2中,将结合的高反射率镜腔和Xe弧光灯频谱。光强度高于连续大幅增加是由于光线发射从等离子体本身,CH放射标记的一个例子。光强度低于连续大幅减少是由于吸收的光,从Xe弧光灯,等离子体,C6H吸收明显的一个例子。图2表明,等离子体的发射和吸收特性在很大范围内可以测量在一个观察。观察到的特性可以与天文观测的权利相比,希望找到航空公司。描述的技术也可以轻松地应用于研究其他潜在的候选人,如兴奋氢或多环芳烃阳离子。

结论

搜索运营商的权利是天文学和解决难题的最古老的未解之谜将导致一个巨大的宇宙的发展对化学的理解,以及提供一种新的诊断资源研究星际介质。这个设置迅速测试候选人的能力,希望会带给我们航空公司更近了一步。

引用

• (Berden2009)腔衰荡光谱技术和应用程序;Berden G。Engeln, R。、Eds;著名:奇切斯特,英国,2009年。
• Motylewski1999 Motylewski, t;Linnartz h .启科学。Instrum。1999、70、1305 - 1312。
• Fiedler2003菲德勒,s .大肠;这些,a;露丝,一个。答:化学。理论物理。列托人。2003、371、284 - 294。
• Walsh2013沃尔什,a;赵,d;Ubachs w;Linnartz, h .光机位快门调制的宽带Cavity-Enhanced分子瞬态吸收光谱的天体物理学期刊感兴趣。化学。(2013)http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp310392n