模拟恒星形成区域复杂有机分子的形成

Interstellar complex organic molecules (COMs), which are defined as carbon containing molecules with at least 6 atoms, can be used to detect the physical conditions of astronomical sources at different stages of star formation. Moreover, interstellar COMs may help us to understand the origin of life. COMs have been detected in a variety of astronomical sources, however, current astronomical models still fail to reproduce the abundances of some of the observed COMs. On the other hand, laboratory experiments support a mechanism that COMs are formed in ice mantle by bulk diffusion of molecules, however, this mechanism is ignored in almost all current astrochemical models. In this project, we propose to work on astrochemical models in which the formation mechanism of COMs agrees with laboratory experiments. We then simulate the model in physical conditions that pertain to cold dense clouds and hot cores. Our major goal is to explain the observed abundance of COMs in different astronomical sources and predict the abundances of prebiotic molecules.

星际复杂有机分子被定义为含碳的并且至少有6个原子的分子，他们可以用于探测恒星形成不同阶段天文源的物理条件。更重要的是， 星际复杂有机分子可以帮助我们理解生命起源。在不同的天文源中已经发现了复杂有机分子，但是，现有的天体化学模型仍然不能计算出某些观测到的复杂有机分子的丰度。另外一方面，实验天体物理支持的复杂有机分子形成机理是分子在冰层内部通过分子体扩散而形成, 但是， 这个形成机制在目前的绝大多数天体化学模型中被忽略了。本项目计划建立能够与天体物理实验中复杂有机分子形成机制吻合的模型。我们接下来选取对应冷分子云核和热分子云核的物理条件，计算模拟这些模型。我们主要的目标是能够解释目前已经观测到的复杂有机分子的丰度并且预测与生命起源相关的分子的丰度。

在冷分子云核和较温暖的天文源观测到的星际复杂有机分子的形成机制是天体化学研究的重要问题。为了解释冷分子云核观测的星际复杂有机分子，我们考虑了尘埃的随机加热机制。我们发现，在被随机加热的小尘埃上，自由基可以在温度高的时候扩散从而合成被观测到的星际复杂有机分子。为了更好的解释在较温暖区域的星际复杂有机分子，我们研究了一个新的多相化学模型。这个模型的复杂有机分子形成机制可以和实验定性符合，并且它能够很好的预测观测到的较温暖的天文源中的复杂有机分子。我们的模型计算都采用了较精确蒙特卡洛算法。但是，因为计算量过大,这个算法之前不能计算完整的化学反应网络。本研究提高了这个算法的效率，从而可以用它计算完整的化学反应网络。