最近，我院陈孝林老师团队在星际分子碰撞动力学理论计算研究方面取得进展，发表2篇学术论文。第一篇以“Collisional Excitation of CaO and CaS by Helium: Cross Sections, Rate Coefficients and Line Ratio Diagnostics”1为题，发表于《天体物理学》（The Astrophysical Journal，ApJ）。ApJ是美国天文学会主办的期刊，是三大国际著名天文期刊之一（MNRAS，A&A，ApJ），中科院SCI二区，最新影响因子5.7，五年影响因子5.4。第二篇以“Rotational excitation and de-excitation of CP- (X 1Sigma+) in collisions with He (1S): cross-sections and rate coefficients”2为题，发表于英国皇家化学学会旗下期刊（Physical Chemistry Chemical Physics, PCCP），SCI三区，最新影响因子3.0，五年影响因子3.0。
钙是星际介质中的重要金属元素之一，但由于缺乏可靠的碰撞数据，CaO和CaS的碰撞激发过程及其天文谱线的准确解释受到限制。针对这一问题，研究团队采用高精度量子化学计算方法，构建了CaO/CaS–He体系的高精度分子间相互作用势能面。其中，CaO–He体系的势阱深度达到159.54 cm⁻¹，而CaS–He体系为22.7 cm⁻¹，反映出两种体系具有明显不同的碰撞动力学特征。在此基础上，研究团队进一步结合量子散射理论，计算了CaO和CaS最低21个转动能级之间的碰撞截面和速率系数。研究发现，CaO–He体系以Δj=±1转动跃迁为主，而CaS–He体系由于分子间相互作用相对较弱，在一定温度范围内Δj=±2跃迁的重要性逐渐增强。进一步地，研究团队将获得的CaO碰撞数据应用于银河系中心分子云G+0.693−0.027的非局域热平衡（non-LTE）辐射转移模拟。结果表明，CaO不同转动谱线之间的线强比对气体密度较为敏感性，在约106–107cm⁻3范围内呈现明显变化，可作为研究星际分子云物理条件的重要诊断手段。该研究为利用射电望远镜研究星际CaO的激发特性及其所处物理环境提供了重要理论数据。
在星际含磷阴离子碰撞动力学研究方面，研究团队进一步拓展了对复杂星际分子体系的研究。磷是生命起源和生物化学过程中不可缺少的重要元素，其在星际空间中的化学演化一直受到广泛关注。CP⁻是与已探测星际阴离子CN⁻具有类比性的含磷阴离子，是未来天文观测值得关注的潜在星际分子候选。然而，由于相关碰撞数据十分有限，其碰撞激发过程及谱线强度难以在天文模型中得到准确描述。针对这一问题，研究团队构建了CP⁻–He体系的高精度二维势能面，并结合量子散射理论，系统计算了CP⁻不同转动能级之间的碰撞截面和速率系数。研究发现，该体系势能面最低点位于R=4.508Å、θ=116°处，势阱深度达到31.39 cm⁻¹；在低能碰撞区域还存在明显的共振结构，这些结构与CP⁻–He准束缚复合物态密切相关，对低温碰撞过程具有重要影响。研究进一步表明，CP⁻的碰撞动力学具有明显的温度依赖性：在低温条件下，Δj=1跃迁占据优势，而随着温度升高，Δj=2跃迁逐渐增强。所获得的状态分辨碰撞数据可为CP⁻后续非-LTE辐射转移模拟及其未来天文观测研究提供重要理论基础。
上述研究建立了CaO、CaS和CP⁻与He碰撞过程的系统理论数据，为研究星际分子的碰撞激发、谱线形成及其所处物理环境提供了新的微观数据支撑，也进一步拓展了星际分子碰撞动力学理论计算及其天体物理应用方面的研究。为促进科研数据共享与天文学研究应用，研究团队已将相关理论计算数据整理并上传至国际分子碰撞数据库BASECOL和LAMDA3，为相关领域研究人员开展星际分子辐射转移模拟和天文观测研究提供公开数据支持。此外，为提高研究工作的开放性、透明度和可重复性，研究团队将本研究涉及的全部原始理论计算数据整理并存档于Zenodo4。
以上两篇文章均是浙江农林大学为第一单位，2025级研究生田丽嫚为论文第一作者，光机电工程学院（智能装备工程学院）陈孝林老师为通讯作者。合作者还包括光机电工程学院孙通副教授、清华大学物理系宁传刚教授。该工作得到了浙江农林大学科研发展基金（2024LFR048）支持。
链接:
110.3847/1538-4357/ae9281
210.1039/d6cp00913a
3https://home.strw.leidenuniv.nl/~moldata/
4https://zenodo.org/records/21074369
(文：陈孝林，审核：姚立健，终审：陈培金)
