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Universität zu Köln
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Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Fachgruppe Physik

I. Physikalisches Institut

Ein neues doppelt deuteriertes Molekül im All gefunden

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Deuterierte Moleküle sind bekannt als wichtige Indikatoren für frühe Stadien der Sternentstehung. Auch wenn das atomare Verhältnis von  D zu H im All lediglich etwa 1.5 × 10−4 ist, wurden bislang einige doppelt deuterierte und sogar zwei dreifach deuterierte Moleküle (CD3OH, ND3) gefunden, wozu eine enorme Deuteriumanreicherung notwendig ist. Bislang ist es entweder nicht sicher, ob diese Moleküle in der Gasphase gebildet werden oder auf Staubteilchen, oder ihre Bildung auf Staubteilchen gilt als gesichert. Im Gegensatz dazu wird vermutet, dass c-C3H2 und seine deuterierten Isotopologe ausschließlich durch Gasphasenreaktionen gebildet werden.

Nach dem Abschluss laborspektroskopischer Untersuchungen, haben wir, eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern, unter ihnen Mitglieder des Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, der Universität zu Köln und des Center for Astrophysics in Cambridge, MA, c-C3D2 mit Hilfe des IRAM 30m Radioteleskops entdeckt in Richtung der sehr kalten (~10 K) sternlosen Molekülwolken TMC-1C und L1544, beide im Sternbild Stier. Drei Rotationübergänge wurden im 3mm-Bereich mit sehr gutem Signal-zu-Rausch-Verhältnis gemessen. Die Häufigkeit des doppelt deuterierten Zyklopropenyliden im Verhältnis zur Normalspezies ist etwa 0.6 % in TMC-1C und etwa 1.5 % in L1544.

Die Wechselwirkung zwischen Gasphasenreaktionen und solchen an Staubteilchen bei der Deuterierung interstellarer Moleküle ist bislang nicht klar. Zum Teil ist dies darauf zurückzuführen, dass es nur wenige Indikatormoleküle gibt, um Modellvorstellungen zu testen. c-C3D2 ist hierfür besonders geeignet, denn seine Bildungsreaktionen stellen wichtige Randbedingungen für die Gasphasendeuterierung dar und legen nahe, dass c-C3D2 als chemische Uhr benutzt werden kann.

Wissenschaftlicher Artikel: S. Spezzano et al., Astrophys. J. 769 (2013) Art. No. L19.


A new doubly deuterated molecule found in space

Deuterated molecules are known as important probes for the early stages of star formation. Even though the atomic D/H ratio in space is only about 1.5 × 10−4, some doubly and even two triply deuterated molecules (CD3OH, ND3) have been found thus far, requiring an enormous deuterium enrichment. Thus far, it was either uncertain if the molecules would be formed in the gas phase or on grain particles, or their formation on grain surfaces was viewed as secure. In contrast, c-C3H2 and its deuterated isotopologues are believed to form solely by gas phase reactions.

After having performed laboratory spectroscopic investigations quite recently, we, an international group of scientists, including members from the Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, from the Universität zu Köln, and from the Center for Astrophysics in Cambridge, MA, have detected c-C3D2 toward the very cold (~10 K) starless cores TMC-1C and L1544, both in the constellation of Taurus, using the IRAM 30m radio telescope. Three rotational transitions in the 3 mm range have been observed in both sources with high signal to noise ratio. The abundance of doubly deuterated cyclopropenylidene with respect to the normal species is about 0.6 % in TMC-1C and about 1.5 % in L1544.

The interplay between gas phase and grain surface reactions in the deuteration of interstellar molecules is not clear thus far, partially because there are not many probes available for testing the models: c-C3D2 is an ideal molecule for this purpose. Its formation mechanism puts important constraints on gas-phase deuteration models, and suggests the possibility of using c-C3D2 as a chemical clock.

Scientific article: S. Spezzano et al., Astrophys. J. 769 (2013) Art. No. L19.
(SSp, HSPM 2013-05-16)