Auf dem Weg zur nächsten Generation in der Astrochemie der kosmischen Strahlung

• Antragsteller: Brandt Gaches, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542802847

Energetische Teilchen, sogenannte kosmische Strahlen (CRs), insbesondere Niederenergie-Ionen mit Energien unter 1 GeV/Nukleon, sind bedeutende Treiber der Thermochemie des dichten molekularen Gases, aus dem Sterne entstehen. Niederenergie-CRs erzeugen eine vielfältige Palette von Molekülen durch eine Kombination aus Ion-Neutral-Chemie, induzierter Strahlung und Elektronenproduktion sowie Wechselwirkungen mit eisigen Körnern. Wechselwirkungen zwischen CRs und eisigen Körnern sollen die Produktion komplexer organischer Moleküle in kaltem Gas fördern. Durch Ionisationsprozesse regulieren CRs die Stärke wichtiger nichtidealer Prozesse wie ambipolarer und ohmscher Diffusion, die für die Bildung von Scheiben um junge, akkretierende Sterne als entscheidend angesehen werden. Daher ist die Begrenzung des Flusses von Niederenergie-CRs und ihrer Wechselwirkungen mit dichtem Gas und eisigen Körnern entscheidend, um unser Verständnis der Bildung von Sternen und Planeten voranzutreiben. Trotz ihrer Bedeutung werden Niederenergie-CRs oft sehr einfach in astrochemische Modelle des molekularen Universums integriert. Meist wird angenommen, dass der Fluss von Niederenergie-CRs eine globale Konstante mit einer vermuteten spektralen Form ist. Die nächste Generation astrochemischer Modelle erfordert eine bedeutende Weiterentwicklung der Behandlung von CRs. Hier schlage ich vor, die Rolle von CRs in der molekularen Chemie durch die Entwicklung fortschrittlicherer Astrochemie-Software zu untersuchen, die spektrumsgenaue Behandlungen des CR-Transports und physikalischer Prozesse integriert. Diese Werkzeuge erfordern die Zusammenstellung und Erstellung von fundierteren Daten zu CR-Wechselwirkungen, insbesondere zu Ionisations- und Anregungsquerschnitten für die Gasphase sowie zur Energieablagerung von CRs in Körnern. Diese werden verwendet, um astrochemische Modelle zu erstellen, die sowohl stationäre Vorgaben für Untersuchungen im Parameterbereich als auch nachträgliche Mehrphysik-Sternentstaltungssimulationen verwenden. Die astrochemischen Modelle werden die Rolle von CRs in drei Schlüsselaspekten der Chemie untersuchen: den Kohlenstoffzyklus (C+/C/CO) in molekularen Wolken, den Weg des Wassers von Wolke zu Kernmaßstäben und die Entstehung komplexer organischer Chemie. Die Ergebnisse dieser innovativen Untersuchungen werden wichtige Einblicke in die Wechselwirkungen von Niederenergie-Kosmischen Strahlen in dichtem molekularem Gas und ihre Rolle in wichtigen chemischen Prozessen bieten. Dieser Vorschlag wird drei Doktoranden in interdisziplinären Themen ausbilden und einen Postdoktoranden auf höhere akademische Positionen vorbereiten und öffentliche Software und Daten produzieren, um zukünftige astrochemische Modelle mit kosmischen Strahlen zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Internationaler Bezug: USA
• Beteiligte Person: Professor Christopher Shingledecker, Ph.D.