High-Resolution Microwave Spetroscopy of Radioactive Molecules

Breier, Alexander Axel

dc.date.accessioned	2020-07-28T12:06:07Z
dc.date.available	2020-07-28T12:06:07Z
dc.date.issued	2019
dc.identifier	doi:10.17170/kobra-202007161452
dc.identifier.isbn	978-3-7376-0777-3 (e-book)
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/123456789/11660
dc.description	Zugleich: Dissertation, Universität Kassel, 2019	ger
dc.language.iso	eng	eng
dc.publisher	kassel university press
dc.relation.uri	urn:nbn:de:0002-407778
dc.rights	Namensnennung 4.0 International	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/	*
dc.subject.ddc	530
dc.title	High-Resolution Microwave Spetroscopy of Radioactive Molecules	eng
dc.type	Buch
dcterms.abstract	Astrophysical observations of radioactive isotopes, like 26Al, 44Ti, or 60Fe, provide insight into the nucleosynthesis of stellar cores. The detection of characteristic γ-photons which are released during radioactive decay are used to map their spatial distribution on the large scale. In general, the assignment to certain stellar objects fails due to limited sensitivity, exceptions are the nearby supernovae remnants Cas A and SN1987A for which the radioactive decay of 44Ti was detected. An alternative approach is the observation of molecules containing radioactive isotopes. Radio-telescope facilities, for example ALMA, can identify these species via their rotational transitions. In the outer atmosphere of late type stars, the molecular condensation starts with simple diatomic particles containing oxides of refractory elements. The astrophysical detection of diatomic radioactive molecules requires highly accurate rotational transition frequencies, which can be obtained from laboratory measurements of stable isotopologues using mass-independent Dunham parameters. In this work, systematic studies are presented for 26AlF, 26AlH, 26AlO, 44TiO, and 60FeO, as most promising tracers of nucleosynthesis in stellar environments, based on high-resolution measurements on the rotational transitions of their abundant stable isotopologues (27Al, 46-50Ti, 54,56Fe). In the case of AlO and TiO, experiments were performed when a solid target (Al, Ti) is evaporated by a pulsed laser into an oxygen-rich buffer gas to form simple metal oxides. An adiabatically planar expansion of the gas into a vacuum chamber cools the gas to a few tens of Kelvin and subsequently, Doppler-free rotational absorption spectra are recorded in the frequency range up to 400 GHz. A global data analysis, which also includes results from the literature, reveals the molecular structure beyond the Born-Oppenheimer (BO) limit, resulting in experimentally derived BO correction coefficients of these species for the first time. Based on this analysis, the rotational transitions of the radioactive molecules are determined with high accuracy at the sub-MHz level, which enables their unambiguous identification in stellar environments.	eng
dcterms.abstract	Astrophysikalische Beobachtungen an radioaktiven Isotopen, wie 26Al, 44Ti oder 60Fe, geben Einblicke in die Fusionsprozesse in vergangenen Sternen. Die Detektion charakteristischer γ-Photonen, die beim radioaktiven Zerfall der Isotope freigesetzt werden, dient dazu deren räumliche Verteilung im Universum abzubilden. Im Allgemeinen scheitert die eindeutige Zuordnung zu bestimmten stellaren Objekten an der geringen Empfindlichkeit der γ-Photonen Detektoren. Ausnahmen bilden dabei die nahegelegenen Supernova-Überreste des Objekts Cassiopeia A und SN1987A, welche über den radioaktive Zerfall von 44Ti nachgewiesen wurde. Ein alternativer Ansatz ist die Beobachtung von Molekülen die aus radioaktiven Isotopen bestehen. Radioteleskop-Observatorien wie ALMA können diese Moleküle mittels der Rotationsübergänge identifizieren. Dabei beginnt der Aufbau von molekularen Strukturen in den äußeren Atmosphären der Sterne mit der Kondensation von einfachen zweiatomigen Molkülen, wobei Oxide von Refraktärenelementen sich als erstes stabil bilden können. Der Nachweis zweiatomiger radioaktiver Moleküle erfordert hochpräzise Rotationsübergangsfrequenzen, die aus Labormessungen von stabilen Isotopologen unter Verwendung von massenunabhängiger Dunham Parametrisierung gewonnen werden können. In dieser Arbeit werden Parameterisierung für 26AlF, 26AlH, 26AlO, 44TiO und 60FeO vorgestellt, welche als die vielversprechendsten Nukleosyntheseindikatoren in stellaren Umgebungen gesehen werden. Die Skalierung basiert auf hochauflösenden Messungen an den Rotationsübergängen ihrer stabilen Isotopologe (27Al, 46-50Ti, 54,56Fe). Für AlO und TiO wurden Experimente durchgeführt, bei denen ein festes Probenmaterial (Al, Ti) durch einen gepulsten Laser in einer sauerstoffreichen Atmosphäre verdampft wird, wodurch sich einfachste Metalloxide bilden. Eine adiabatisch planare Ausdehnung des Gases in eine Vakuumkammer kühlt das Gas auf einige Kelvin ab und ermöglicht die Doppler-freie Messung von Rotationsabsorptionsspektren im Frequenzbereich bis 400 GHz. Eine umfassende Datenanalyse, die auch Ergebnisse aus der Literatur einbezieht, zeigt die molekulare Struktur jenseits der Born-Oppenheimer (BO)-Näherung, was erstmals zu experimentell abgeleiteten BO-Korrekturkoeffizienten dieser Moleküle führt. Basierend auf dieser Analyse werden die Rotationsübergänge der radioaktiven Moleküle mit hoher Genauigkeit im kHz-Bereich bestimmt, was deren eindeutige Identifizierung in stellaren Umgebungen ermöglicht.	ger
dcterms.accessRights	open access
dcterms.creator	Breier, Alexander Axel
dcterms.dateAccepted	2019-08-15
dcterms.extent	xiv, 232 Seiten
dc.contributor.corporatename	Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Mathematik und Naturwissenschaften, Institut für Physik	ger
dc.contributor.referee	Giesen, Thomas Franz (Prof. Dr.)
dc.contributor.referee	Ehresmann, Arno (Prof. Dr.)
dc.publisher.place	Kassel
dc.relation.isbn	978-3-7376-0776-6 (print)
dc.subject.swd	Isotop	ger
dc.subject.swd	Nukleosynthese	ger
dc.subject.swd	Proton	ger
dc.subject.swd	Weltall	ger
dc.title.subtitle	Mass-independent studies of AlF, AlH, AlO, AlS, TiO, and FeO	eng
dc.type.version	publishedVersion
kup.iskup	true
kup.price	49,00
kup.subject	Naturwissenschaft, Technik, Informatik, Medizin
kup.typ	Dissertation
kup.institution	FB 10 / Mathematik und Naturwissenschaften