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status_changed: 2012-08-15 08:51:00
type: doctoralThesis
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creators_name: Vasyunin, Anton
title: Chemistry in the ISM and disks on the verge of planet formation
title_de: Die Chemie des interstellaren Mediums und Akkretionsscheiben kurz vor der Planetenentstehung
ispublished: pub
subjects: 520
divisions: 851310
adv_faculty: af-13
keywords: astronomy, astrophysics, astrochemistry, Monte Carlo, protoplanetary disks, grain growth
cterms_swd: Astrophysik
cterms_swd: Astronomie
cterms_swd: Kosmochemie
abstract: The general purpose of the thesis work is to improve astrochemical models in the era of ALMA.  This era is characterized by the active study of protoplanetary disks and the search for extraterrestrial life. First, we study how uncertainties in the rate coefficients of chemical reactions affect the abundances and column densities of key molecules in protoplanetary disks. We isolate a group of key species which have column densities that are not very sensitive to the rate uncertainties, making them good potential tracers of physical conditions in disks.  We identify about a hundred reactions with the most problematic rate coefficients, which need to be determined more accurately in order to improve the reliability of modern astrochemical models. Second, we build a realistic astrochemical model using a Monte Carlo approach to all chemical processes, which is the   first time this has been done.  This allows us to properly take into account the stochastic nature of grain surface chemical reactions, which are of essential importance for the formation of organic molecules -- i.e., the precursors   of life as we know it. The recent modified rate approach (MRE) of Garrod et al. (2008) is shown to be the most accurate fast approach of   accounting for stochastic effects in astrochemical modeling. Finally, we apply our model to the study of the chemical composition of an evolving protoplanetary disk with grain growth, in order to reveal chemical tracers of this process. For the first time, a state-of-the-art astrochemical model is coupled with a detailed model of grain growth and sedimentation.
abstract_translated_text: Der Schwerpunkt dieser Doktorarbeit liegt in der Verbesserung astrochemi-scher Modelle im Zeitalter von ALMA. Diese Epoche ist gepr"agt durch eine detaillierte Erforschung protoplanetarer Scheiben und der Suche nach auss{}erirdischem Leben. Zuerst untersuchen wir wie Unsicherheiten in den Reaktionskoeffizienten chemischer Reaktionen die Isotopenh"aufigkeit und S"aulendichte von Schl"us-selmolek"ulen protoplanetarischer Schei-ben beeinflussen. Wir isolieren eine Gruppe von Schl"usselspecies mit S"aulendichten, die robust gegen"uber Unsicherheiten des Reaktionskoeffizienten sind. Das macht diese zu guten potentiellen Indikatoren f"ur die physische Beschaffenheit der Scheibe. Wir finden rund hundert Reaktionen mit sehr problematischen Reaktionskoeffizienten, welche genauer bestimmt werden m"ussen, um die Zuverl"assigkeit astrochemischer Modelle zu verbessern. Als n"achstes konstruieren wir ein realistisches astrochemisches Modell unter der Benutzung eines Monte-Carlo-Ansatzes f"ur alle chemischen Prozesse, was bisher in dieser Form noch umgesetz wurde. Dieses Modell versetzt uns die Lage, die stochastische Natur von chemischen Reaktionen auf der Oberfl"ache von Staubk"ornern genau zu ber"ucksichtigen. Diese Reaktionen sind eine wichtige Grundlage f"ur das Entstehen von organischen Molek"ulen, die der Ausgangsstoff f"ur Leben, wie wir es kennen, sind. Es wird gezeigt, dass{} der neueste Ansatz der modifizierten Geschwindigkeitsgleichung nach Garrod et al.~(2008) die genaueste beschleunigte Methode ist, um stochastische Effekte in Astrochemie zu modellieren. Zum Abschluss{} verwenden wir unser Modell f"ur die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung einer sich in der Entwicklung befindlichen Scheibe mit Staubkoagulation, um  die chemischen Indikatoren f"ur diesen Prozess{} zu ermitteln. Erstmalig wurde ein modernes astrochemisches Modell mit einem detaillierten Ansatz von Staubkoagulation und Sedimentation verbunden.
abstract_translated_lang: ger
class_scheme: pacs
class_labels: 95.30.Ft, 95.30.Wi, 97.10.Gz, 98.38.Bn, 97.10.Tk
date: 2009
date_type: published
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id_number: 10.11588/heidok.00010161
ppn_swb: 61534013X
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-opus-101615
date_accepted: 2009-12-02
advisor: HASH(0x5561209f4908)
language: eng
bibsort: VASYUNINANCHEMISTRYI2009
full_text_status: public
citation:   Vasyunin, Anton  (2009) Chemistry in the ISM and disks on the verge of planet formation.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/10161/1/PhD_thesis_Vasyunin.pdf