Nitrogen condensation on water ice

摘要

We studied, by infrared absorption spectroscopy, icy samples (16 K) of pure water, a mixture N₂:H₂O=100:1, and a sample made of N₂ condensed on water ice and diffused in it after warm up to 30 K. We concentrated our efforts in two spectral regions around 3700 cm–1 where the feature due to the O–H dangling bonds in porous amorphous water falls and around 5000 cm–1 where a broad water band is present. We found that in the N₂:H₂=100:1 mixture the profile of the broad water feature at about 5000 cm–1 dramatically changed to a very narrow band at about 5300 cm–1. When N₂ diffuses in water ice a feature at about 5300 cm–1 appears along with the broad 5000 cm–1 band. We also studied some of the effects of ion irradiation (Ar++, 60 keV ions) on these icy samples. We found that after processing the feature due to the O–H dangling bonds it reduced in intensity and eventually disappeared. Here we present the experimental results, discuss their astrophysical relevance and suggest that a band at about 5300 cm–1 (1.88 µm) should be searched for on icy surfaces in the outer Solar System, namely Pluto, Triton, Edgeworth–Kuiper Belt Objects, and Centaurs. PACS No.: 68.43PgNous avons étudié par spectroscopie d'absorption dans l'infrarouge des échantillons glacés (16 K) d'eau pure, d'un mélange N₂ : H₂O à 100 : 1 et de N₂ concentré dans de la glace et diffusé après réchauffement à 30 K. Nous examinons particulièrement deux régions spectrales : une autour de 3700 cm–1 où contribue la liaison pendante O–H dans l'eau poreuse amorphe et autour de 5000 cm–1 où se trouve une large bande due à l'eau. Nous trouvons que dans le mélange N₂ : H₂O à 100 : 1 la large bande autour de 5000 cm–1 se transforme en une bande mince autour de 5300 cm–1. Avec le N₂ diffusé dans la glace, la bande à 5300 cm–1 apparaît avec la bande large à 5000 cm–1. Nous avons également étudié certains effets dus à l'irradiation ionique de ces échantillons glacés (Ar++ à 60 keV). Nous observons que ce traitement réduit et éventuellement fait disparaître les caractéristiques spectrales associées à la liaison pendante O–H. Nous présentons ici nos résultats expérimentaux, discutons leur intérêt en astrophysique et suggérons qu'on devrait rechercher la bande à 5300 cm–1 sur les surfaces glacés de la région externe du système solaire, nommément sur Pluton, Triton, les objets de la ceinture d'Edgeworth–Kuiper et sur les Centaures. [Traduit par la Rédaction]