Experimentelle Studie zur Bildung und Zerstörung von Karbonaten in zirkum- und interstellaren Umgebungen und deren Einfluss auf die Abreicherung von Sauerstoff im interstellaren Medium

• Antragstellerin: Dr. Cornelia Jäger
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451244650

Karbonate wurden in verschiedenen astrophysikalischen Umgebungen, einschließlich zirkumstellaren Hüllen um entwickelte Sterne, protoplanetaren Scheiben, solaren und extrasolaren Planeten und Kometen gefunden. Die Bildung und Zersetzung von Karbonaten in diesen Umgebungen ist ein komplexes Zusammenspiel von verschiedenen refraktären und nichtrefraktären Festkörpern, reaktiven gasförmigen Komponenten und energiereicher UV-Strahlung. Silikate und Kohlenstoffmaterialien können Karbonate bilden. Eine beträchtliche Menge an Kohlenstoff und insbesondere Sauerstoff kann in anorganischen und organischen Karbonaten gespeichert werden, was eine mögliche Lösung des Problems der Sauerstoffabreicherung im interstellaren Medium darstellen könnte. Während des Projektes werden wir die Bildung und den Abbau von Karbonaten im Labor unter Bedingungen simulieren, die in verschiedenen astrophysikalischen Medien vorherrschen. Anorganische und organische Karbonate werden aus kohlenstoffhaltigen und silikatischen Staubanaloga, die in unserem Labor synthetisiert werden, mit verschiedenen Methoden hergestellt. Dazu gehören Gasphasenkondensation in CO2/H2O-haltigen Atmosphären, Gas-Oberflächenreaktionen zwischen CO-, CO2- und H2O-Molekülen und kosmischen Silikatanaloga und Reaktionen von kalten Silikaten oder Silikat/Kohlenstoff-Gemischen mit molekularem Eis, das CO, CO2 und H2O enthält. Zusätzlich soll der Einfluss gleichzeitiger VUV-Bestrahlung auf diese Karbonatbildungsprozesse untersucht werden. Organische Karbonate sollen durch Bombardement von Kohlenstoffpartikeln mit Sauerstoffatomen und nachträglicher Behandlung mit CO- und CO2-Molekülen synthetisiert werden. Die komplexe Synthese organischer Karbonate sollte in zwei Reaktionsschritten, d.h. der Bildung von Epoxidgruppen und deren Umwandlung in zyklische Karbonate, ablaufen. Die Bildung anorganischer und organischer Karbonate wird mittels IR-Spektroskopie in situ verfolgt. Die Bildungsrate wird als Funktion der Temperatur im Bereich von 10 K bis ~400 K bestimmt. Die chemischen und strukturellen Modifikationen von Silikat- und Kohlenstoffpartikeln unter Karbonatbildung werden mittels IR-Spektroskopie, Elektronenmikroskopie, und organischen Analysenmethoden charakterisiert. Neben der Bildungsrate der Karbonate spielt deren Zersetzung durch VUV Photonen in unterschiedlichen astrophysikalischen Umgebungen eine wichtige Rolle und muss analysiert werden. Die im Projekt gewonnenen Untersuchungsergebnisse werden wichtige Informationen zu spektralen Eigenschaften und vor allem zur Rolle der Karbonate in astrochemischen und astrophysikalischen Prozessen, wie der Abreicherung von Sauerstoff im interstellaren Medium, der Bildung komplexer organischer Moleküle sowie der Planetenentstehung, liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen