Astrochemie

Wissenschaftliche Abbildung von Spektrallinien — Spektren zweier heißer molekülarer Kerne, eingebettet in die Region Sagittarius B2, in der sich massereiche Sterne bilden, aufgenommen mit dem ALMA-Interferometer. Viele Spektrallinien von diversen komplexen organischen Molekülen sind hier detektiert. Die roten Spektren stellen die Modelle dar, die benutzt wurden, um diese Moleküle zu identifizieren.

© Arnaud Belloche, MPIfR

Spektren zweier heißer molekülarer Kerne, eingebettet in die Region Sagittarius B2, in der sich massereiche Sterne bilden, aufgenommen mit dem ALMA-Interferometer. Viele Spektrallinien von diversen komplexen organischen Molekülen sind hier detektiert. Die roten Spektren stellen die Modelle dar,
die benutzt wurden, um diese Moleküle zu identifizieren.

© Arnaud Belloche, MPIfR

Moleküle ermöglichen es uns, die physikalischen Eigenschaften des interstellaren Mediums zu untersuchen, wie beispielsweise seine Temperatur, Dichte, und Kinematik, oder das Strahlungsfeld und die kosmische Strahlung, die darauf einwirken. Sie geben auch Aufschluss über die chemische Zusammensetzung astronomischer Umgebungen, insbesondere von Sternentstehungsgebieten. Die chemische Zusammensetzung ist ein leistungsfähiges Werkzeug, um die Geschichte dieser Gebiete zu erforschen und ihren Entwicklungsstand aufzudecken. Die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung der Molekülwolken über die verschiedenen Phasen der Sternentstehung hinweg informiert uns über die Weitergabe oder Umwandlung des Ausgangs der interstellaren Chemie von den frühesten Stadien (Molekülwolkenkerne vor der protostellaren Phase) bis zu den spätesten (zirkumstellare Scheiben, in denen Planeten entstehen und Leben erscheinen könnte).

Unsere Gruppe konzentriert sich insbesondere auf die protostellare Phase, in der komplexe organische Moleküle, d. h. kohlenstoffhaltige Moleküle, die aus mindestens sechs Atomen bestehen, sich von der Oberfläche eisiger Staubkörner ablösen und durch ihre Rotationsemission sogenannte heiße Kerne offenbaren. Wir verwenden mm/submm-Einzelteleskope wie APEX oder das IRAM-30-m-Teleskop und Interferometer wie ALMA oder NOEMA, um bildgebende Spektralliniendurchmusterungen dieser chemisch reichen jungen stellaren Objekte sowohl in den inneren als auch in den äußeren Bereichen unserer Galaxis durchzuführen. Wir untersuchen insbesondere den Einfluss der Metallizität auf die chemische Zusammensetzung dieser Sternentstehungsgebiete.

Links zu den Projekten:

Die ALCHEMI Studie

Abbildung von Moleküllinien — Geschwindigkeits integrierte Karten mehrerer Moleküllinien von HCO⁺, HOC⁺ und H¹³CO+ in NGC253, des ALCHEMI-Projekts (Nanase et al. 2021). Die HOC+-Emission ist ein guter Indikator für Super-Blasen im interstellaren Medium, die entweder von Supernovae oder sich ausdehnenden HII-Regionen erzeugt werden. Seine Häufigkeit in Bezug auf HCO⁺ wird in Regionen verstärkt, die von kosmischen Strahlen und/oder UV-Photonen dominiert werden.

© H. Nanase 2021

Geschwindigkeits integrierte Karten mehrerer Moleküllinien von HCO⁺, HOC⁺ und H¹³CO+ in NGC253, des ALCHEMI-Projekts (Nanase et al. 2021). Die HOC+-Emission ist ein guter Indikator für Super-Blasen im interstellaren Medium, die entweder von Supernovae oder sich ausdehnenden HII-Regionen erzeugt werden. Seine Häufigkeit in Bezug auf HCO⁺ wird in Regionen verstärkt, die von kosmischen Strahlen und/oder UV-Photonen dominiert werden.

© H. Nanase 2021

Das große Beobachtungsprogramm ALCHEMI verwendete ALMA, um die Central Molecular Zone (CMZ) der ikonischen Starburst-Galaxie NGC253 in einem nahezu zusammenhängenden 289 GHz breitem Frequenzbereich zwischen 84 und 373 GHz mit einer 1,6"-Winkelauflösung (28 pc) und einer Empfindlichkeit von 30-50 mK abzubilden. Die bereits veröffentlichten Ergebnisse dieses beispiellosen hochauflösenden und hochempfindlichen extragalaktischen Projekts sind: 1) die ersten extragalaktischen Nachweise einiger komplexer organischer Moleküle (COMs), wie C₂H₅OH, HOCN und HC₃HO. 2) Neu entdeckte vibrations angeregte Linien von HCN. HNC und HC₃N, die aus den heißen Kernen von sternbildenden Riesenmolekülwolken (GMCs) stammen (Martin et al. 2021); 3) die Quantifizierung der Energierückkopplung durch die Sternentstehung gemessen durch das HCO⁺/HOC⁺-Verhältnis (Harada et al. 2021) sowie 4) die Verteilung und Herkunft von C₂H, einem Indikator von Photonendissoziationsregionen (PDRs) und hohen Ionisationsraten der kosmischen Strahlung (Holdship et al. 2021). Im Rahmen des ALCHEMI-Projekts werden derzeit viele weitere Studien durchgeführt, die praktisch alle physikalischen und chemische Aspekte dieser Galaxie sowie einen Vergleich mit den Eigenschaften der Milchstraße umfasst. ALCHEMI erhebt auch einzigartige Vergleichsdaten zum besseren Verständnis sternbildender Galaxien im frühen Universum.