Kan et støvkorn påvirke dannelsen af en stjerne? Liv Hornekær

Transkript

1 Kan et støvkorn påvirke dannelsen af en stjerne? Liv Hornekær

2 Ørnetågen 0.9-meter telescope on Kitt Peak: SII, H, OIII

3 Ørnetågen Serpens, 7000 LY væk 140 LY 0.9-meter telescope on Kitt Peak: SII, H, OIII

4 Ørnetågen K, atomer/cm 3

5 Sky-udvikling Stjernedannelse

6

7 H cm -3 Kul-sæk tågen i Sydkorset H 2 absorbtions bånd

8 H 2 niveauer Lyman transition 202 nm Werner transition 202 nm

9 Emissions spektra

10 Sky sammensætning Atomer: H, He, O, C, N, Ne, Si, Mg, S, Fe Molekyler: H 2, CO, CO 2,O 2, H 2 O, NH 3, CH 3 OH... Aminosyrer: glycine (CH 2 NH 2 COOH), Sukker: glycolaldehyde (CH 2 OHCHO) Støvkorn

11 H 2 dannelse H Ingen strålingsstabilisering 3-legeme kollisioner ok ved høj tæthed Diffuse/Tætte skytætheder => ~Ingen 3-legeme kollisioner

12 Overflade Reaktioner H

13 Overflade Reaktioner

14 Overflade Reaktioner

15 Absorptions spektrum CH H 2 0 CO CH H 2 0 Silicates (Mg 2 SiO 4, Fe 2 SiO 4)

16 Støvkorn Kulkorn: Grafit, Amorft Kul, HAC, PAH, Polymerisk Carbon, Diamant Silikater: Olivines (Mg 2 SiO 4, Fe 2 SiO 4 ) Is: H 2 O, CO, CO 2, CH 3 OH, CH 4, H 2 CO...

17 Molekyle dannelse 189 Molekyler: H 2, CO, CO 2, O 2, H 2 O, NH 3, CH 3 OH... glycine (CH 2 NH 2 COOH), glycolaldehyde (CH 2 OHCHO)

18 Overflade Reaktioner O H N C

19 Energi fordeling ved H 2 dannelse? => Til: v Kinetisk energi? E frigivet ~ 4.5 ev K J = 0 = 0 Molekylær eksitation? Støvkorns opvarmning?

20 Energi frigivelse ved H 2 dannelse og termisk evolution af interstellare skyer Dashed line: No energy branching into kinetic energy Curve 1: 0.5 ev in kinetic energy Curve 2: 1.5 ev in kinetic energy Curve 3: 2.25 ev in kinetic energy Flower & des Forêts, MNRAS 247, 500 (1990)

21 Effekten af H 2 dannelse i observationer Photo Dissociations Regioner: gas temperatur: K L1630 Orion bar Observationer viser overpopulation i v=4 Pga. H 2 dannelse i eksiterede tilstande. Blue: PAH emission Green: H 2 vibrational line emission (FAST) Red: CO emission (30 m Telescope, IRAM) Star at NW

22 Bringing the Interstellar medium to a laboratory near you

23 Genskabe interstellare betingelser? Interstellart tryk: P= atm Interstellare temperaturer: T = K Relevante overflader: Is, grafit, amorft kul, silikater

24 Overflader af interstellar relevans Grafit Vand is Atomar deponering Cu shield T

25 H kemisorberet på grafit Jeloica & Sidis, Chem. Phys. Lett. 300, 157 (1999) Eva Rauls Sha et al, Surface Science 496, 318 (2002)

26 STM 2 Tip Z Servo V Surface

27 STM 3 Tip Z Servo Tunnel current I V Surface

28 STM 4 X Servo Tip I Computer Z Servo Tunnel current Tip movement V Surface

29 STM Princip

30 Aarhus STM

31 Tantal-holder Fjeder Kvartskugle Isolator Holder InchWorm Al-hus Aarhus STM Prøve Invar-top Wolfram tip Invar hus Skannerør Aksel 5 mm

32 STM og vibrationer STM nål: ca. 3 cm Nål-prøve: 0.1 nm Eiffeltårnet: 320 m Eiffeltårn jord: 0.1 mm Nål-prøve vibration < 0.01 nm Eiffeltårn jord vib. < 1 μm!!

33 2.46 Å STM på grafit

34 Hydrogen på grafit Zeljko Sljivancanin 155 x 171 Å 2, 180 K V t ~ -710mV, I t ~ -0.16nA

35 103 x 114 Å 2 H-Dimerer på grafit Dimer A Dimer B V t = 884 mv, I t = 0.16 na

36 Dimerer: Teory vs. Eksperiment Ortho dimer - Dimer APara dimer - Dimer B Hornekær et al. Phys. Rev. Lett. 96, (2006) V t =0.9 V, LDOS=1x10-6 (ev) -1 Å -3 e. f. Similar results for ortho dimer: Ferro et al. Chem. Phys. Lett. 368, 609 (2003). Y. Miura et al. J. Appl. Phys. 93, 3395 (2003). V t = 884 mv, I t = 0.16 na

37 Bestem om reaktion forekommer og ved hvilken temperatur Termisk desorptions spektroskopi (TDS, TPD) ASW Ta H D S 10 mm QMS Differentially pumped Cu Electron beam heater Electron beam heater QMS Differentially pumped ASW/Cu or graphite

38 Termisk Desorptions Spectrum D 2 fra grafit

39 H 2 dannelse ved lavere temperaturer is dækkede overflader

40 Vand is - morphology

41 Termisk desorptions spektroskopi D 2 fra grafit HD fra amorf vand is

42 Termisk desorptions spektroskopi D 2 fra grafit HD fra amorf vand is

43 Hvordan måler vi kinetisk energi af det dannede H 2?

44 Laser desorption - Time-of-flight H D ASW Laser QMS

45 Kinetisk energi af D 2 dannet på grafit ~1.3 ev i translation ~15000 K D(E) Translational Energy (ev) S. Baouche et al, J. Chem. Phys. 2006

46 Kinetisk energi af HD dannet på porøs vand is HD D 2 Solid line: 45 K Maxwell-Boltzmann velocity dist. L. Hornekær et al., Science, 302, 1943 (2003)

47 H 2 dannet på porøs vand is Overfladestruktur bestemmer energifordeling Porøs overflade: langsomt H 2 Støv opvarmning

48 Resultat Overfladestruktur bestemmer energi-fordeling

49 Støvkorns morfologi Bare korn porøse og ikke-porøse Is dækkede korn

50 Energi frigivelse af H 2 dannelse og termisk evolution af interstellare skyer Dashed line: No energy branching into kinetic energy Curve 1: 0.5 ev in kinetic energy Curve 2: 1.5 ev in kinetic energy Curve 3: 2.25 ev in kinetic energy Flower & des Forêts, MNRAS 247, 500 (1990)

51 Andre veje? H+H+ H2

52 Andre veje? H+H+ H2 H+H+ H2

53 H-PAH vekselvirkning Teori: PAH kan hydrogeneres og katalysere H2 dannelse Rauls and Hornekær, Astrophys. J. 679, 531 (2008) Thrower et al., Astrophys. J. 2012

54 Hydrogenering: STM billeder Coronene Coronene exposed to D Substrate: Cu(100) 70 x 70 Å

55 Energy fordeling Ukendt

56 Molekyle dannelse 189 Molekyler: H 2, CO, CO 2, O 2, H 2 O, NH 3, CH 3 OH... glycine (CH 2 NH 2 COOH), glycolaldehyde (CH 2 OHCHO)

57 Overflade Reaktioner O H N C

58 Interstellare bio-molekyler på jorden? ton rum-nedfald pr. år % af vandet på jorden fra kometer

59 Murchison meteoritten ~92 aminosyrer 19 jordiske 8 vigtige for liv ~20 forskellige sukkergrupper Australien 1969, 100 kg

60 Laboratorie eksperimenter: Hvor lang tid en stjerne-fødsel tager Er livets byggesten aminosyrer og sukkergrupper - allerede eksisterede før solsystemet blev skabt

61 Surface Dynamics Group