Acetylene trimerization on the silicon carbide surface in the envelopes of AGB stars: an astrochemical estimation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

This work is devoted to estimating of the contribution of the trimerization reaction of acetylene molecules on the surface of silicon carbide (SiC) particles with the formation of benzene molecules into the benzene abundance in the envelopes of asymptotic giant branch (AGB) stars. The reaction was included into an astrochemical model, using which modeling was carried out under conditions corresponding to the envelope of the AGB star IRC+10216. Based on the modeling results, it is shown that the trimerization reaction of acetylene on the SiC surface can effectively occur under the conditions of the envelopes of AGB stars and have a significant effect on the benzene abundance, and, as a consequence, other aromatic molecules. Accounting for acetylene trimerization can increase the benzene abundance in the gas by an order of magnitude, and at the surface the benzene abundance can be up to four orders of magnitude higher compared to estimates in the gas predicted by a model with only gas-phase reactions. The rate of benzene formation on the SiC surface significantly exceeds the rate of benzene formation in the gas during the early phases of the stellar pulsation. The efficiency of benzene formation in the trimerization reaction depends on currently unknown kinetic parameters of the reaction, in particular, on the desorption energy of the resulting benzene molecule. Determination of reaction parameters will help to perform more accurate quantitative modeling in the future.

About the authors

M. S. Murga

Institute of Astronomy of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: murga@inasan.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. A.G.G.M. Tielens, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 46, 289 (2008).
  2. H. Dhanoa and J.M.C. Rawlings, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 440(2), 1786 (2014).
  3. M. Frenklach and E.D. Feigelson, Astrophys. J. 341, 372 (1989).
  4. I. Cherchneff, Astron. and Astrophys. 545, id. A12 (2012).
  5. E.R. Micelotta, A.P. Jones, and A.G.G.M. Tielens, Astron. and Astrophys. 510, id. A36 (2010).
  6. E.R. Micelotta, A.P. Jones, and A.G.G.M. Tielens, Astron. and Astrophys. 510, id. A37 (2010).
  7. D.S.N. Parker, F. Zhang, Y.S. Kim, R.I. Kaiser, A. Landera, V.V. Kislov, A.M. Mebel, and A.G.G.M. Tielens, Proc. Nat. Acad. Sci. 109(1), 53 (2012).
  8. H. Hirashita, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 407(1), L49 (2010).
  9. A.P. Jones, M. Köhler, N. Ysard, M. Bocchio, and L. Verstraete, Astron. and Astrophys. 602, id. A46 (2017).
  10. G.C. Sloan, K.E. Kraemer, M. Matsuura, P.R. Wood, S. D. Price, and M.P. Egan, Astrophys. J. 645(2), 1118 (2006).
  11. M.A.T. Groenewegen, P.R. Wood, G.C. Sloan, J.A. D.L. Blommaert, et al., Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 376(1), 313 (2007).
  12. A.B. Men'shchikov, Y. Balega, T. Blöcker, R. Osterbart, and G. Weigelt, Astron. and Astrophys. 368, 497 (2001).
  13. E. Lagadec, A.A. Zijlstra, G.C. Sloan, M. Matsuura, et al., Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 376(3), 1270 (2007).
  14. K.M. Hynes, T.K. Croat, and T.J. Bernatowicz, in 38th Annual Lunar and Planetary Science XXXVIII Conference, held March 12 16, 2007 in League City, Texas; LPI Contribution No. 1338, p. 1693 (2007).
  15. T. Bernatowicz, G. Fraundorf, T. Ming, E. Anders, B. Wopenka, E. Zinner, and P. Fraundorf, Nature 330(6150), 728 (1987).
  16. G.C. Sloan, E. Lagadec, A.A. Zijlstra, K.E. Kraemer, et al., Astrophys. J. 791(1), id. 28 (2014).
  17. J.M. Leisenring, F. Kemper, and G.C. Sloan, Astrophys. J. 681(2), 1557 (2008).
  18. B.T. Draine, D.A. Dale, G. Bendo, K.D. Gordon, et al., Astrophys. J. 663(2), 866 (2007).
  19. M.S. Khramtsova, D.S. Wiebe, P.A. Boley, and Y.N. Pavlyuchenkov, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 431(2), 2006 (2013).
  20. K.M. Sandstrom, A.D. Bolatto, C. Bot, B.T. Draine, et al., Astrophys. J. 744(1), id. 20 (2012).
  21. D.A. Garca-Hernández, IAU General Assembly, Meeting 29, id. 2254847 (2015).
  22. M. Otsuka, F. Kemper, J. Cami, E. Peeters, and J. Bernard-Salas, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 437(3), 2577 (2014).
  23. P. Merino, M. Švec, J.I. Martinez, P. Jelinek, et al., Nature Comm. 5, id. 3054 (2014).
  24. J.J. Bernal, P. Haenecour, J. Howe, T.J. Zega, S. Amari, and L.M. Ziurys, Astrophys. J. Letters 883(2), id. L43 (2019).
  25. T.Q. Zhao, Q. Li, B.S. Liu, R.K.E. Gover, P.J. Sarre, and A.S.C. Cheung, Phys. Chemistry Chemical Physics 18(5), 3489 (2016).
  26. C. Saggese, N.E. Sánchez, A. Frassoldati, A. Cuoci, T. Faravelli, M.U. Alzueta, and E. Ranzi, Energy and fuels 28(2), 1489 (2014).
  27. E.O. Pentsak, M.S. Murga, and V.P. Ananikov, ACS Earth and Space Chemistry 8(5), 798 (2024).
  28. E.G. Gordeev, E.O. Pentsak, and V.P. Ananikov, J. Amer. Chemical Soc. 142(8), 3784 (2020).
  29. N.F. Kleimeier, Y. Liu, A.M. Turner, L.A. Young, et al., Phys. Chemistry Chemical Physics 24(3), 1424 (2022).
  30. K. Willacy and I. Cherchneff, Astron. and Astrophys. 330, 676 (1998).
  31. G.H. Bowen, Astrophys. J. 329, 299 (1988).
  32. I. Cherchneff, IAU Symposium 178, 469 (1997).
  33. I. Cherchneff, Astron. and Astrophys. 526, id. L11 (2011).
  34. M. Asplund, N. Grevesse, A.J. Sauval, and P. Scott, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 47(1), 481 (2009).
  35. A.K. Speck, A.B. Corman, K. Wakeman, C.H. Wheeler, and G. Thompson, Astrophys. J. 691(2), 1202 (2009).
  36. V. Gómez-Llanos, C. Morisset, R. Szczerba, D.A. Garca-Hernández, and P. Garca-Lario, Astron. and Astrophys. 617, id. A85 (2018).
  37. H.P. Gail and E. Sedlmayr, Physics and Chemistry of Circumstellar Dust Shells (Cambridge, UK.: Cambridge Univ. Press, 2013).
  38. A.S. Ferrarotti and H.P. Gail, Astron. and Astrophys. 382, 256 (2002).
  39. C.M. Sharp and W.F. Huebner, Astrophys. J. Suppl. 72, 417 (1990).
  40. A. Laor and B.T. Draine, Astrophys. J. 402, 441 (1993).
  41. T.I. Hasegawa, E. Herbst, and C.M. Leung, Astrophys. J. Suppl. 82, 167 (1992).
  42. A.I. Vasyunin and E. Herbst, Astrophys. J. 762(2), id. 86 (2013).
  43. J.P. Fonfra, J. Cernicharo, M.J. Richter, and J.H. Lacy, Astrophys. J. 673(1), 445 (2008).
  44. P.A. Taylor, R.M. Wallace, C.C. Cheng, W.H. Weinberg, M.J. Dresser, W.J. Choyke, and J.T. Jr. Yates, J. Amer. Chemical Soc. 114(17), 6754 (1992).
  45. C.S. Carmer, B. Weiner, and M. Frenklach, J. Chemical Physics 99(2), 1356 (1993).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».