Astronomy ReportsAstronomy ReportsАстрономический журнал0004-62993034-5170The Russian Academy of Sciences64768310.31857/S0004629924120046ICRPPOArticlesСТАТЬИResearch ArticleAcetylene trimerization on the silicon carbide surface in the envelopes of AGB stars: an astrochemical estimationТримеризация ацетилена на поверхности карбида кремния в оболочках звезд АВГ: астрохимическая оценкаMurgaM. S.МургаМ. С.
Russian Federation
murga@inasan.ruInstitute of Astronomy of the Russian Academy of SciencesФГБУ Российской академии наук Институт астрономии15122024101121068107728012025Copyright ©; 2024, The Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024The Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0004-6299/article/view/647683

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.

Работа посвящена оценке вклада реакции тримеризации молекул ацетилена на поверхности частиц из карбида кремния (SiC) с образованием молекул бензола в содержание бензола в оболочках звезд асимптотической ветви гигантов (АВГ). Реакция внедрена в астрохимическую модель, с помощью которой выполнено моделирование в условиях, соответствующих оболочке звезды АВГ IRC+10216. По результатам моделирования показано, что реакция тримеризации ацетилена на поверхности SiC может эффективно протекать в условиях оболочек звезд АВГ и оказывать существенное влияние на содержание бензола, и, как следствие, других ароматических молекул. Учет тримеризации ацетилена может повысить содержание бензола в газе на порядок. Содержание бензола на поверхности пыли может быть на четыре порядка превышать оценки для газовой фазы, предсказанные моделью только с газофазными реакциями. Темпы образования бензола на поверхности SiC значительно превосходят темпы образования бензола в газе на ранних фазах пульсации звезды. Эффективность образования бензола в реакции тримеризации и его перехода в газ зависит от неизвестных на данный момент кинетических параметров реакции, в частности, от энергии десорбции образовавшейся молекулы бензола. Определение параметров реакции в будущем помогут провести более точное количественное моделирование.

starsasymptotic giant branch (AGB)post-AGBsilicon carbide (SiC)carbonзвездыасимптотическая ветвь гигантов (АВГ) и пост-АВГкарбид кремния (SiC)углеродРоссийский научный фондRussian Science Foundation24-22-20104Правительство МосквыMoscow GovernmentA.G.G.M. Tielens, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 46, 289 (2008).H. Dhanoa and J.M.C. Rawlings, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 440(2), 1786 (2014).M. Frenklach and E.D. Feigelson, Astrophys. J. 341, 372 (1989).I. Cherchneff, Astron. and Astrophys. 545, id. A12 (2012).E.R. Micelotta, A.P. Jones, and A.G.G.M. Tielens, Astron. and Astrophys. 510, id. A36 (2010).E.R. Micelotta, A.P. Jones, and A.G.G.M. Tielens, Astron. and Astrophys. 510, id. A37 (2010).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).H. Hirashita, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 407(1), L49 (2010).A.P. Jones, M. Köhler, N. Ysard, M. Bocchio, and L. Verstraete, Astron. and Astrophys. 602, id. A46 (2017).G.C. Sloan, K.E. Kraemer, M. Matsuura, P.R. Wood, S. D. Price, and M.P. Egan, Astrophys. J. 645(2), 1118 (2006).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).A.B. Men'shchikov, Y. Balega, T. Blöcker, R. Osterbart, and G. Weigelt, Astron. and Astrophys. 368, 497 (2001).E. Lagadec, A.A. Zijlstra, G.C. Sloan, M. Matsuura, et al., Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 376(3), 1270 (2007).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).T. Bernatowicz, G. Fraundorf, T. Ming, E. Anders, B. Wopenka, E. Zinner, and P. Fraundorf, Nature 330(6150), 728 (1987).G.C. Sloan, E. Lagadec, A.A. Zijlstra, K.E. Kraemer, et al., Astrophys. J. 791(1), id. 28 (2014).J.M. Leisenring, F. Kemper, and G.C. Sloan, Astrophys. J. 681(2), 1557 (2008).B.T. Draine, D.A. Dale, G. Bendo, K.D. Gordon, et al., Astrophys. J. 663(2), 866 (2007).M.S. Khramtsova, D.S. Wiebe, P.A. Boley, and Y.N. Pavlyuchenkov, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 431(2), 2006 (2013).K.M. Sandstrom, A.D. Bolatto, C. Bot, B.T. Draine, et al., Astrophys. J. 744(1), id. 20 (2012).D.A. Garca-Hernández, IAU General Assembly, Meeting 29, id. 2254847 (2015).M. Otsuka, F. Kemper, J. Cami, E. Peeters, and J. Bernard-Salas, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 437(3), 2577 (2014).P. Merino, M. Švec, J.I. Martinez, P. Jelinek, et al., Nature Comm. 5, id. 3054 (2014).J.J. Bernal, P. Haenecour, J. Howe, T.J. Zega, S. Amari, and L.M. Ziurys, Astrophys. J. Letters 883(2), id. L43 (2019).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).C. Saggese, N.E. Sánchez, A. Frassoldati, A. Cuoci, T. Faravelli, M.U. Alzueta, and E. Ranzi, Energy and fuels 28(2), 1489 (2014).E.O. Pentsak, M.S. Murga, and V.P. Ananikov, ACS Earth and Space Chemistry 8(5), 798 (2024).E.G. Gordeev, E.O. Pentsak, and V.P. Ananikov, J. Amer. Chemical Soc. 142(8), 3784 (2020).N.F. Kleimeier, Y. Liu, A.M. Turner, L.A. Young, et al., Phys. Chemistry Chemical Physics 24(3), 1424 (2022).K. Willacy and I. Cherchneff, Astron. and Astrophys. 330, 676 (1998).G.H. Bowen, Astrophys. J. 329, 299 (1988).I. Cherchneff, IAU Symposium 178, 469 (1997).I. Cherchneff, Astron. and Astrophys. 526, id. L11 (2011).M. Asplund, N. Grevesse, A.J. Sauval, and P. Scott, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 47(1), 481 (2009).A.K. Speck, A.B. Corman, K. Wakeman, C.H. Wheeler, and G. Thompson, Astrophys. J. 691(2), 1202 (2009).V. Gómez-Llanos, C. Morisset, R. Szczerba, D.A. Garca-Hernández, and P. Garca-Lario, Astron. and Astrophys. 617, id. A85 (2018).H.P. Gail and E. Sedlmayr, Physics and Chemistry of Circumstellar Dust Shells (Cambridge, UK.: Cambridge Univ. Press, 2013).A.S. Ferrarotti and H.P. Gail, Astron. and Astrophys. 382, 256 (2002).C.M. Sharp and W.F. Huebner, Astrophys. J. Suppl. 72, 417 (1990).A. Laor and B.T. Draine, Astrophys. J. 402, 441 (1993).T.I. Hasegawa, E. Herbst, and C.M. Leung, Astrophys. J. Suppl. 82, 167 (1992).A.I. Vasyunin and E. Herbst, Astrophys. J. 762(2), id. 86 (2013).J.P. Fonfra, J. Cernicharo, M.J. Richter, and J.H. Lacy, Astrophys. J. 673(1), 445 (2008).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).C.S. Carmer, B. Weiner, and M. Frenklach, J. Chemical Physics 99(2), 1356 (1993).