Experimentelle Studie zur Bildung und Zerstörung von Karbonaten in zirkum- und interstellaren Umgebungen und deren Einfluss auf die Abreicherung von Sauerstoff im interstellaren Medium
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Karbonate können in Silikaten als auch in kohlenstoffhaltigem Material, den zwei Hauptkomponenten des kosmischen Staubes gebildet werden. Eine beträchtliche Menge an Kohlenstoff und speziell Sauerstoff kann in solchen anorganischen und organischen Karbonaten gebunden werden, was eine mögliche Lösung für das Problem der Sauerstoffverarmung in der Gasphase des interstellaren Mediums darstellt. Wir haben eine umfassende Untersuchung der Karbonatbildung in amorphen Silikaten mit Pyroxen- und Olivinstöchiometrie mit unterschiedlichen Mg/Fe-Verhältnissen durchgeführt. Die Untersuchungen wurden auf die Bildung von Karbonaten in CaSiO₃ und in fullerenartigen kohlenstoffhaltigen Kondensaten ausgeweitet und Bildungsraten für verschiedene Kondensationsgasgemische bestimmt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Karbonate in reinen Magnesiumsilikaten und CaSiO₃ effizient gebildet werden. Die Bildung von Karbonaten in eisenhaltigen Silikaten wird jedoch deutlich unterdrückt und in reinen Eisensilikaten fast vollständig verhindert. Das Verhältnis von Silikat- zu Karbonatbanden und damit das Verhältnis von Si zu C Atomen wurde mit 9:1 bis 9:2 bestimmt. Dadurch kann eine zusätzliche Menge von 11%-18% mehr Sauerstoff durch die Karbonate im Vergleich zu normalen Silikaten gebunden werden. Emissionsspektren für verschiedene Staubtemperaturen wurden berechnet, die Aufschluss über die beobachtbare Nachweisbarkeit dieser Komponenten im interstellaren Medium geben. Die Zerstörung von Karbonaten in den Silikaten wurde mittels thermischer Behandlung bis zu 750 °C oder Bestrahlung mit Lyman-α- Photonen untersucht. Die Bildung von organischen Karbonaten in kohlenstoffhaltigen Kondensaten war ein anderes Teilprojekt. Die ausschließliche Bildung von Polycarbonaten konnte anhand von IR Spektroskopie nicht eindeutig bestätigt werden, aber die experimentellen Ergebnisse zeigen einen effizienten Einbau von Sauerstoff in die fullerenartigen Kohlenstoffstrukturen als Carbonat-, Ester-, Ether-, Carbonyl-, oder andere funktionelle organische Gruppen. Ein Sauerstoffgehalt von 5 bis 8 at % konnte bestimmt werden. Die astrophysikalischen Anwendungen der Forschungsresultate wurden diskutiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Gas-phase Condensation of Carbonated Silicate Grains. The Astrophysical Journal, 966(2), 191.
Rouillé, Gaël; Schmitt, Johannes; Jäger, Cornelia & Henning, Thomas
