Laborstudien zur Bildung von drei C2H4O-Isomeren – Acetaldehyd (CH3CHO), Ethylenoxid (c-C2H4O), und Vinylalkohol (CH2CHOH)-in interstellaren und kometarischen Eiskristallen

In Laborexperimenten wurden die Synthesewege zur Bildung von drei C2H4O-Isomeren – Acetaldehyd (CH3CHO), Ethylenoxid (c-C2H4O) und Vinylalkohol (CH2CHOH) – in extraterrestrischen Eiskristallen mittels elektronischer Energietransferprozesse untersucht, die durch Elektronen auf der Spur von MeV-Ionenbahnen initiiert wurden. Hier präsentieren wir die Ergebnisse der Elektronenbestrahlung eines 2:1-Gemisches aus Kohlendioxid (CO2) und Ethylen (C2H4). Unsere Untersuchungen deuten darauf hin, dass suprathermische Sauerstoffatome an die Kohlenstoff-Kohlenstoff-π-Bindung eines Ethylenmoleküls addieren können, um zunächst ein Oxirendiradikal (Addition an ein Kohlenstoffatom) und das zyklische Ethylenoxidmolekül (Addition an zwei Kohlenstoffatome) bei 10 K zu bilden. Das Oxirendiradikal kann eine -H-Verschiebung zum Acetaldehydmolekül erfahren. Sowohl die Ethylenoxid- als auch die Acetaldehyd-Isomere können in der umgebenden Eismatrix stabilisiert werden. In geringem Umfang können sich suprathermische Sauerstoffatome in eine Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindung des Ethylenmoleküls einfügen und Vinylalkohol bilden. Sobald diese Isomere in den Eisschichten der beschichteten Körner in kalten Molekülwolken synthetisiert wurden, können die neu gebildeten Moleküle sublimieren, wenn die Wolke das Stadium des heißen Molekülkerns erreicht. Diese Laboruntersuchungen tragen dazu bei, die astronomischen Beobachtungen von Nummelin et al. und Ikeda et al. in massiven Sternentstehungsgebieten und heißen Kernen zu erklären, wo die beobachteten Häufigkeiten dieser Isomere höher sind, als sie allein durch Reaktionen in der Gasphase erklärt werden können. Ähnliche Synthesewege könnten dazu beitragen, die Bildung von Acetaldehyd und Ethylenoxid im Kometen C/1995 O1 (Hale-Bopp) zu erklären, und deuten auch auf das Vorhandensein beider Isomere in der Titanatmosphäre hin.

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