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Universität zu Köln
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Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Fachgruppe Physik

I. Physikalisches Institut

Sonnenschutz für den Großen Hund

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Eine internationale Gruppe von Astronomen, unter ihnen Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, von der Universität zu Köln und vom Center for Astrophysics in Cambridge, MA, haben zwei Titanoxide, TiO und TiO2, bei Radiowellenlängen mit Hilfe von Radiointerferometern in den USA und Frankreich entdeckt.

Markante atmosphärische Absorptionslinien von TiO wurden in optischen Spektren von M- und S-Sternen bereits vor mehr als 100 Jahren entdeckt und dienen zur Klassifizierung dieser Sterne. TiO2 wurde zum ersten Mal im All entdeckt. Hier auf Erden ist es der Hauptbestandteil des wichtigen Pigments Titanweiß, kommt auch in Sonnencremes vor und wird als Lebensmittelfarbstoff (E171) benutzt.

Die Spekrallinien von TiO und TiO2 wurden als Emissionslinien in Richtung des M-Riesensterns VY Canis Majoris im Sternbild Großer Hund gesehen. Es handelt sich um einen veränderlichen Stern des Mira-Typs, einer späten Phase der Sternentwicklung. Dieser Stern wird als Supernova explodieren. Wissenschaftler vermuten, dass die Pulsation der Mira-Sterne durch chemische und physikalische Prozesse hervor gerufen werden, bei denen TiO eine große Rolle spielt. Dass die Moleküle in Emission gesehen wurden, deutet darauf hin, dass beide in der kühlen zirkumstellaren Hülle des Sterns vorkommen, wo diese Moleküle eigentlich auf Staubkörnern kondensiert sein sollten. Anscheinend verbleiben genügend große Anteile beider Moleküle in der Gasphase, so dass sie bei Radiowellenlängen entdeckt werden konnten.

Beobachtungen von TiO und TiO2 könnten daher wichtige Hinweise auf die Entstehung von Staubpartikeln im All geben; dieser Prozess ist zur Zeit weit davon entfernt verstanden zu sein. Interstellarer Staub macht zwar ein bis allenfalls wenige Prozent der Materie im All aus, ist aber sehr wichtig für die Bildung vieler Moleküle, unter ihnen H2 und komplexere organische Moleküle. Die katalytischen Eigenschaften von festem TiO2 sind vermutlich wichtig in der Astrochemie.

Pressemitteilung des MPIfR.

Wissenschaftlicher Artikel: T. Kaminski et al., Astron. Astrophys. 551 (2013) Art.-Nr. A113.
Der Artikel wurde als Highlight der Woche bei Astron. Astrophys. heraus gestellt.
Beschreibung der Entdeckung auf der Internetseite Molecules in Space der CDMS.
Siehe auch die Mitteilung auf der Seite Scientific Highlights der Laborspektroskopiegruppe.
idw-Informationsdienst Wissenschaft


Sun block for the Greater Dog

An international team of astronomers, including researchers from the Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, from the Universität zu Köln, and from the Center for Astrophysics in Cambridge, MA, discovered two titanium oxides, TiO and TiO2, at radio wavelengths using telescope arrays in the USA and in France.

Optical spectra of M- and S-stars show prominent atmospheric absorption lines of TiO, which have been known for more than 100 years and which are used to classify these stars. TiO2 had not been observed in space before. Here on Earth, it is the main ingredient of the important white pigment "titanium white", is contained in sun block, and is used for food coloring (E171).

The spectral lines of TiO and TiO2 were seen in emission toward the giant M-star VY Canis Majoris in the constellation "Greater Dog". It is a late-type variable star of the Mira type; its fate is to explode as a supernova. The pulsation of Mira stars is thought to be caused by chemical and physical processes in the stallar atmosphere which involve TiO. It is interesting to note that the lines are seen in emission as this observation indicates that both molecules are present also in the cool circumstellar envelope (CSE) of the star where TiO and TiO2 were thought to be condensed onto dust grains. Apparently, enough of either molecule remains in the gas phase that they could be detected at radio wavelengths.

Observations of TiO and TiO2 may thus provide important clues on the dust formation process in space, which still is far from being well understood. Interstellar dust, though a minor constituent, is very important for the formation of many molecules in space, among the H2 and complex organic molecules. The catalytic properties of bulk TiO2 are likely important in astrochemistry.

Press release by the MPIfR.

Scientific article: T. Kaminski et al., Astron. Astrophys. 551 (2013) Art. No. A113.
The article was marked as Highlight of the week by Astron. Astrophys.
Documentation of the discovery on the web page Molecules in Space of the CDMS.
See also the report on the Scientific Highlights page of the laboratory spectroscopy group.
(HSPM, SBr 2013-03-13)