Universität zu Köln

Rotational spectroscopy of acetone and its mono-13C isotopologues

Ordu, Matthias Hakan (2017) Rotational spectroscopy of acetone and its mono-13C isotopologues. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Acetone, (CH3)2CO, is among the largest molecules detected so far in the interstellar medium or circumstellar shells. The origins of this chemical richness in space are a matter of current astrochemical research. Comparing the interstellar abundances of complex molecules to their isotopically substituted analogues will be pivotal to identify the reaction pathways that have brought about this phenomenon which is touching our understanding of star formation and the origin of life. Detecting an interstellar molecular species and measuring its abundance can only succeed if a precise prediction of its rotational spectrum has been derived from laboratory observations. Acetone belongs to the most difficult cases known in this regard, as the coupling between the large-amplitude motions of its two torsionally oscillating methyl groups and the overall rotation is especially strong. It was not before 2005 that technology allowed for a definite detection of acetone in the interstellar medium. However, interstellar spectra of today's ALMA era contain many new lines from already detected molecules which are not assignable to them because the once successful predictions are too imprecise in some quantum number ranges which were not detectable in the past. During the attempts to model the laboratory spectrum of acetone-2-13C it became clear that the necessary precision for a prediction which will match the needs of modern astrophysics cannot be gained without amendments to the model. Afterwards, this enhanced model could be successfully applied to the spectrum of acetone-12C as well. In this thesis, the resulting model parameters which enable new predictions for the rotational spectra of acetone-12C, acetone-1-13C, and acetone-2-13C are presented after a detailed discussion of the enhanced model. Furthermore, a first example is shown where spectral lines from the corrected prediction for acetone-12C were successfully identified in a spectrum from the star-forming region Sgr B2.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Aceton, (CH3)2CO, gehört zu den größten der bis heute im interstellaren Medium entdeckten Moleküle. Die Ursprünge dieser chemischen Vielfalt sind Gegenstand der aktuellen astrochemischen Forschung. Der Vergleich interstellarer Häufigkeiten komplexer Moleküle und ihrer isotopensubstituierten Analoga wird entscheidend sein, um die Reaktionswege zu identifizieren, die dieses Phänomen hervorgebracht haben, welches Berührungspunkte zu unserem Verständnis der Entstehung von Sternen und des Ursprungs des Lebens aufweist. Der Nachweis eines Moleküls und die Vermessung seiner Häufigkeit kann nur gelingen, wenn eine präzise Vorhersage seines Rotationsspektrums aus Laborbeobachtungen existiert. Eine herausfordernde Aufgabe besonders für Moleküle wie Aceton, dessen zwei Methylgruppen sich in einer Schwingung befinden, die stark mit der Rotation des Gesamtmoleküls gekoppelt ist. Technologiebedingt gelang ein sicherer interstellarer Nachweis von Aceton erst im Jahr 2005. Die interstellaren Spektren der heutigen ALMA-Ära enthalten viele neue Linien entdeckter Moleküle, die diesen aber nicht zugeordnet werden können, weil die bisherigen Vorhersagen in manchen Quantenzahlenbereichen, die früheren Beobachtungen nicht zugänglich waren, zu ungenau sind. Im Verlauf der Versuche, das Laborspektrum von Aceton-2-13C zu modellieren, wurde deutlich, dass die nötige Vorhersagepräzision nicht erreicht werden kann, ohne Ergänzungen am Modell vorzunehmen. Das erweiterte Modell wurde konnte danach ebenfalls erfolgreich auf das Spektrum von Aceton-12C angewendet werden. In dieser Dissertation werden nach einer detaillierten Diskussion des erweiterten Modells die resultierenden Modellparameter vorgestellt, welche neue Vorhersagen für Aceton-12C, Aceton-1-13C und Aceton-2-13C erlauben. Ein erstes Beispiel, in dem Spektrallinien der korrigierten Vorhersage für Aceton-12C in einem Spektrum aus dem Sternentstehungsgebiet Sgr B2 erfolgreich identifiziert werden konnten, wird ebenfalls gezeigt.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Ordu, Matthias Hakanordu@ph1.uni-koeln.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-75559
    Subjects: Physics
    Chemistry and allied sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    acetone; molecular spectroscopy; carbon-13; terahertz; submillimetre; internal molecular rotation; large-amplitude molecular motion; torsional excitation; effective rotational hamiltonian; Atacama Large Millimeter Array; Sagittarius B2English
    Aceton; Molekülspektroskopie; Kohlenstoff-13; Terahertz; Submillimeter; innere molekulare Rotation; Molekülbewegung mit großer Amplitude; Torsionsanregung; effektiver Rotations-Hamiltonoperator; Atacama Large Millimeter Array; Sagittarius B2German
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > I. Physikalisches Institut
    Language: English
    Date: 24 April 2017
    Date Type: Publication
    Date of oral exam: 22 April 2016
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 10 May 2017 15:36:34
    Referee
    NameAcademic Title
    Schlemmer, StephanProf. Dr.
    Hemberger, JoachimProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/7556

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