Wachstum und Zerstörung von kohlenstoffreichen Molekülen und Clustern unter inter- und zirkumstellaren Bedingungen
Final Report Abstract
Durch seine chemische Vielfalt ist Kohlenstoff ein faszinierendes Atom. Da es außerdem das häufigste nichtflüchtige Element im Universum ist, spielt es eine wichtige Rolle in der Astrochemie. Das Hauptziel des TP 7 war es, die Bildung und Zerstörung von einfachen Kohlenstoffketten, Kohlenwasserstoffen und Nanoteilchen im Labor unter inter- und zirkumstellaren Bedingungen zu verfolgen. Dies wurde durch den Einsatz von verschiedenen innovativen Speichertechniken ermöglicht, einem Ringelektrodenspeicher, einem 8-Pol und einem 22-Pol, und einer neuen Vierpolfalle. Eine besondere Herausforderung war der Aufbau eines Kohlenstoffstrahls und seine Integration in eine lonenspeicher-Apparatur. Damit konnten erstmals Ratenkoeffizienten für Reaktionen zwischen Ionen und neutralem Kohlenstoff Cn (n = 1-3) unter zirkumstellaren Bedingungen gemessen werden, z.B. für den Protonentransfer in Ha+ + C3 Stößen. Um unser Verständnis der Bildung von einfachen Kohlenwasserstoffen mit drei C-Atomen zu vertiefen, wurden umfangreiche Untersuchungen zu Reaktionen von C3+, C3H+ und C3H3+ mit H2 and HD durchgeführt. Viele der gemessenen Ergebnisse waren überraschend. Es zeigte sich z. B., dass selbst einfache Fragen noch nicht geklärt sind, wie z.B. die Struktur von C3+, ganz zu schweigen von einem Spektrum unter interstellaren Bedingungen. Ein anderes Beispiel betrifft einen extremen Isotopeneffekt: Die Bildung von C3HD+ in C3H+ + HD Stößen ist über 100 mal wahrscheinlicher als die von C3H2+. In der Astrochemie sind H und D auf keinen Fall chemisch äquivalent! Neben einfachen Gasphasenexperimenten wurde damit begonnen, nanometergroße Kohlenstoffteilchen in einer Falle zu speichern Der Nachweis basiert auf dem Heizen mit einen infraroten Laser und der Beobachtung der resultierenden Schwarzkörperstrahlung. Die spektrale Zerlegung des bei verschiedenen Anregungsenergien emittierten Lichts erlaubt es, die Temperatur, optische Konstanten und ihre Abhängigkeit von Größe und Struktur zu bestimmen. Erste erfolgreiche Testmessungen wurden an einem Ensemble von C60+ Ionen durchgeführt, die in einem Achtpolspeicher mit einem gepulsten Laser auf bis zu 5000 K geheizt wurden. Eine detaillierte Analyse des emittierten Lichtes und des Abdampfens von C2 zeigte, dass derartige Experimente im stationären Strahlungsgleichgewicht durchgeführt werden müssen. Daran wird gegenwärtig gearbeitet. Neben der Bestimmung von astrochemisch wichtigen Daten soll dabei auch in Zukunft der grundsätzlichen Frage nachgegangen werden, ob die Temperatur eines einzelnen gespeicherten Nanoteilchens überhaupt sinnvoll definierbar ist.
