Каталитическое образование ПАУ в оболочках звезд АВГ

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) широко распространены в межзвёздной среде (МЗС) и играют важную роль в физических и химических процессах, происходящих в ней. Основным местом их образования считаются оболочки звёзд на асимптотической ветви гигантов (АВГ), где условия благоприятствуют росту ПАУ. В то время как газофазные пути образования первого ароматического кольца и последующего роста были тщательно изучены, роль каталитических поверхностей, таких как карбид кремния (SiC) и углеродная пыль, остаётся не до конца ясной. Учёт каталитических реакций может существенно изменить предсказываемые концентрации ПАУ, распределение по размерам и их эволюцию в звёздных средах.

В данной работе мы разрабатываем астрохимическую модель для количественного описания образования ПАУ в оболочках звёзд АВГ. Модель объединяет высокотемпературную газофазную реакционную сеть с новыми поверхностными реакциями. Эти каталитические пути включают последовательное присоединение ацетилена (C₂H₂) к пылевым частицам с образованием промежуточных соединений C₄H₄ и C₆H₆, за которыми следуют циклизация и десорбция бензола (C₆H₆). Кинетические параметры поверхностных реакций определяются с помощью методов молекулярной динамики. Модель самосогласованно связывает химию ПАУ с ростом пыли, рассматривая частицы SiC как центры нуклеации для наращивания углеродного материала (например, ацетилена и ПАУ), а также учитывает динамику коагуляции пыли через систему дифференциальных уравнений.

Мы применяем модель к области формирования пыли в оболочке звезды АВГ IRC+10216, учитывая периодические ударные волны, вызванные звёздными пульсациями. Сравнение сценариев с каталитическими поверхностными реакциями и без них показывает, что поверхностная химия усиливает образование ПАУ и изменяет их размерное распределение. Наши результаты подчёркивают необходимость включения каталитических путей в астрохимические модели для повышения точности предсказаний содержания ПАУ в звёздных оболочках.