天空中的钻石

钻石的光谱分析揭示了它们的近红外特征。

闪烁的星星经常被比作闪闪发光的钻石。恒星几乎完全由氢和氦以及微量其他元素组成；钻石是由碳制成的。然而，天空中有真正的钻石，它们来源于让星星发光的炽热熔炉。当恒星融合打火机元素，释放能量时，碳与其他元素一起通过核聚变产生。最终，当恒星死亡时，这些元素的一部分被释放到星间介质中。天文学家在星际介质中发现了包括钻石在内的碳成分，钻石是最压缩的碳形式。我们如何知道天空中有钻石？通过将天文光谱与实验室光谱以及发射和吸收光谱的计算模型进行比较。

星际微金刚石存在于被称为碳质球粒陨石的流星体中。把这些钻石想象成“钻石尘”，而不是那些能为订婚戒指增色不少的珠宝。我们可以通过光谱分析观察近红外特征来检测钻石的指纹。我们看到的是碳原子在其键拉伸、扭曲和弯曲时发射或吸收红外能量的证据。虽然只有少数天文物体，如HD97048和Elias 1，在3.4–3.5µm的发射区显示出光谱特征，可分别归属于微金刚石，如ina）和b）所示（见右图），但许多天文物体，例如致密云，显示出一个星际吸收带（如c中的红色所示），其峰值约为3.47µm，并叠加在3µm H2O冰带的长波长翼上。这一特征暂时归因于类金刚石碳的第三C-H伸缩。

追踪星际微金刚石的部分困难源于对其红外和电子特性的有限了解。

理论计算可以帮助我们理解类金刚石对星际介质的化学和物理可能做出的贡献。

响尾蛇是紧密结合在一起的化学物质，需要相当大的能量才能形成一个特征性的光谱“指纹”。建模有助于我们理解在一颗高能恒星存在的情况下我们可能会看到什么。我们计算的光谱性质表明，如果类金刚石存在于这些天文环境中，大多数都是中性形式的。小的吸收强度（f值）和大的激发能（接近电离能）的结合，使得作为一个类别，在大多数天文环境中，中性类金刚石可以被充分激发，在红外中强烈发射。因此，如果中性类金刚石在星际介质中丰富，它们的光谱特性有利于通过3µm区域的吸收而不是发射进行检测。如图所示，中性类金刚石在3.47µm附近的吸收最强。我们计算的两个中性类金刚石的红外光谱（绿色和蓝色峰值如c所示）集中在3.47µm左右，与致密云相关的星际吸收带一致。这一结果支持将3.47µm的星际吸收带归属于中性类金刚石。利用计算出的类金刚石的吸收/发射带，我们可以解释天文观测结果。

中性和电离类金刚石的微小吸收强度对天文环境产生了严格的限制，在天文环境中，它们可以被充分激发，在红外中强烈发射。高振动激发类金刚石的清晰红外荧光发射需要高能和高通量的辐射场。对于比c）中所示的更大的类金刚石，c-H伸缩带与HD 97048和Elias 1的伸缩带相一致。然而，强到足以激发中性类金刚石的辐射场也会产生电离的类金刚石。我们计算的带正电荷的小类金刚石的红外光谱，如d）-f）所示，与HD 97048和Elias 1的部分发射光谱一致，并表明罕见的3.5µm星际发射特征起源于离激发恒星非常近的地方，并强烈支持其在HD 97048或Elias 1中归属于类金刚石物种。我们还表明，中性和阳离子类金刚石有助于观察到的发射特征。

天空中有钻石，当它们被明亮的星星的光芒所激发时，就会露出自己。