Low-temperature nitrogen-bearing polycyclic aromatic hydrocarbon formation routes validated by infrared spectroscopy

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作者
Daniël B. Rap,Johanna G.M. Schrauwen,Aravindh N. Marimuthu,Britta Redlich,Sandra Brünken
出处
期刊:Nature Astronomy [Springer Nature]
卷期号:6 (9): 1059-1067 被引量:6
标识
DOI:10.1038/s41550-022-01713-z
摘要

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are abundant in many regions of the Universe, representing a major reservoir for cosmic carbon. However, their formation pathways in cold regions of space remain elusive. Recent astronomical detections show that current astrochemical models drastically underestimate the abundance of aromatic molecules and suggest that additional formation pathways such as ion–molecule reactions need to be considered. Here we reveal efficient low-temperature formation pathways towards nitrogen-containing PAHs via exothermic pyridine+ and acetylene ion–molecule reactions. The experimental approach combines kinetics with spectroscopic probing and unambiguously identifies key reaction intermediates and the final nitrogen-containing PAH product quinolizinium+, a structure that is thought to contribute to the 6.2 μm interstellar emission feature. This study not only provides competing formation pathways relevant in the chemistry of the interstellar medium and Titan’s atmosphere, but also delivers information to verify in-silico potential energy surfaces, astrochemical models and infrared observations. Recent detections of nitrogen-bearing polycyclic aromatic hydrocarbons (N-PAHs) in the interstellar medium prompt questions about how these molecules form at low temperatures. Here a combination of kinetic studies and spectroscopy reveals an efficient formation route from monocyclic aromatic hydrocarbons to N-PAHs.

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