Astrochemie



28.06.2017 · Dass im Universum die gleiche Chemie regiert wie auf der Erde, zeigte 1814 Joseph Fraunhofers Entdeckung von Absorptionslinien im Sonnenspektrum, die später als Signaturen der chemischen Zusammensetzung der Sonne gedeutet wurden. Heute leistet die Astrochemie einen wichtigen Beitrag zum Verständnis des Kosmos. Sie wurde ein Teilbereich der Astrophysik, als die Radioastronomen immer mehr Moleküle im All entdeckten.

Von SIBYLLE ANDERL

GlycolaldehydGlycolaldehyd

Entdeckt 2012 von Jorgensen et al.
IRAS 16293-2422: 16h32m22.6s; -24°28'32.5“

Die Suche nach den Ursprüngen unseres Lebens umfasst die Frage, wie komplexe organische Chemie auf der Erde entstehen konnte. Begann das Leben in einer „Ursuppe“ aus relativ einfachen Molekülen, die elektrischen Entladungen ausgesetzt waren? Oder ist komplexe Chemie aus dem interstellaren Medium auf die Erde gebracht worden? Für die letztere Variante spricht zumindest, dass komplexe Chemie auch in anderen Sonnensystemen beobachtbar ist. 2012 wurde beispielsweise der einfachste Zucker, Glycolaldehyd, in der Nähe eines sonnenähnlichen jungen Sterns gefunden. Dieser Zucker ist Zutat für die Bildung von Ribose, dem Rückgrat des Erbmoleküls RNA. Wie solche biologisch relevanten Moleküle aber gebildet werden und ob das Leben auf der Erde tatsächlich eine interstellare Basis besitzt, sind nach wie vor offene Fragen.

FullereneFullerene

Entdeckt 2010 von Cami et al.
PN Tc 1: 17h45h35.3s; -46°05'23.7„

Eines der schönsten interstellaren Moleküle ist das C60-Molekül, dessen Kohlenstoffatome sich zu einer an einen Fußball erinnernden Kugel zusammengefunden haben. Es gehört zum Typ der Fullerene: komplexe Kohlenstoffmoleküle in Form von Hohlkörpern, die auf der Erde in den letzten Jahrzehnten vielfache industrielle Anwendung gefunden haben. Ihr Name geht auf den amerikanischen Forscher und Architekten Richard Buckminster Fuller zurück, dessen geodätische Kuppeln an die chemische Struktur der Kohlenstoffbälle erinnern. 1985 wurde C60 erstmalig im Labor hergestellt, 1996 gab es dafür den Chemie-Nobelpreis. Dass es diese Kohlenstoffbälle auch anderswo im Universum geben sollte, wurde seitdem vermutet. 1994 wurden erste Hinweise auf die ionisierte Form C60+ in Sternspektren gefunden. Doch es dauerte bis 2010, bis die neutralen Formen C60 und C70 mit dem Spitzer-Weltraumteleskop in der Nähe eines planetaren Nebels einwandfrei nachgewiesen werden konnten. Heute schätzt man, dass etwa ein Prozent des interstellaren Kohlenstoffs in Form von Fullerenen auftritt.

Molekularer SauerstoffMolekularer Sauerstoff

Entdeckt 2002 von Goldsmith et al.
Rho-Ophiuchi-Wolke: 16h27m2.8s; -25˚26'4"

Sauerstoff ist das dritthäufigste Molekül im interstellaren Medium. Trotzdem blieb die Suche nach molekularem Sauerstoff in interstellaren Molekülwolken lange erfolglos. Erst 2002 konnte der Swas-Satellit eine erste Linie des molekularen Sauerstoffs in Richtung der Rho-Ophiuchi-Wolke aufnehmen. In einer Entfernung von etwa 530 Lichtjahren ist dies eines der nächstgelegenen Sternentstehungsgebiete. Der beobachtete Sauerstoff wurde hier in stark bewegtem Gas gefunden. Damit erklärte sich auch die vormals erfolglose Suche: In ruhigen Wolken ist Sauerstoff im Eis gebunden, das Staubteilchen bedeckt. Erst wenn junge Sterne dieses Eis durch gewaltige Masseausflüsse zerstören, kann Sauerstoff auch in größeren Mengen im Gas nachgewiesen werden. Zweiatomiger molekularer Sauerstoff und das dreiatomige Ozon sind aber noch aus einem anderen Grund interessant: Sie werden als Biomarker gehandelt, deren Existenz in der Atmosphäre eines Exoplaneten auf biologische Aktivität oder zumindest lebensfreundliche Bedingungen hinweisen könnte.

N-MethylformamidN-Methylformamid

Entdeckt 2017 von Belloche et al.
Galaktisches Zentrum: 17h47m20.0s; -28°22'19.0„

Das Galaktische Zentrum, das etwa 26 000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Schütze liegt, ist eines der extremsten Gebiete unserer Galaxie. Das liegt nicht nur daran, dass dort ein supermassives Schwarzes Loch, so schwer wie etwa vier Millionen Sonnenmassen, beheimatet ist. Es finden sich hier auch dichte Molekülwolken, die etwa zehn Prozent des gesamten molekularen Gases der Milchstraße ausmachen und die extremen Einflüssen von Gezeitenkräften, Turbulenzen und Strahlungsfeldern ausgesetzt sind. Etwa ein Drittel aller Moleküle wurden hier entdeckt, zuletzt Anfang dieses Jahres N-Methylformamid mit Hilfe des Alma-Observatoriums. Dieses Molekül enthält eine Peptidbindung, die auf der Erde für die Verbindung von Aminosäuren und Proteinen verantwortlich ist. N-Methylformamid könnte damit eine wichtige Rolle für interstellare präbiotische Chemie spielen.

N-MethylformamidN-Methylformamid

Entdeckt 2017 von Belloche et al. Galaktisches Zentrum: 17h47m20.0s; -28°22'19.0„



Das Galaktische Zentrum, das etwa 26 000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Schütze liegt, ist eines der extremsten Gebiete unserer Galaxie. Das liegt nicht nur daran, dass dort ein supermassives Schwarzes Loch, so schwer wie etwa vier Millionen Sonnenmassen, beheimatet ist. Es finden sich hier auch dichte Molekülwolken, die etwa zehn Prozent des gesamten molekularen Gases der Milchstraße ausmachen und die extremen Einflüssen von Gezeitenkräften, Turbulenzen und Strahlungsfeldern ausgesetzt sind. Etwa ein Drittel aller Moleküle wurden hier entdeckt, zuletzt Anfang dieses Jahres N-Methylformamid mit Hilfe des Alma-Observatoriums. Dieses Molekül enthält eine Peptidbindung, die auf der Erde für die Verbindung von Aminosäuren und Proteinen verantwortlich ist. N-Methylformamid könnte damit eine wichtige Rolle für interstellare präbiotische Chemie spielen.

GlycolaldehydGlycolaldehyd

IRAS 16293-2422: 16h32m22.6s; -24°28'32.5“



Die Suche nach den Ursprüngen unseres Lebens umfasst die Frage, wie komplexe organische Chemie auf der Erde entstehen konnte. Begann das Leben in einer „Ursuppe“ aus relativ einfachen Molekülen, die elektrischen Entladungen ausgesetzt waren? Oder ist komplexe Chemie aus dem interstellaren Medium auf die Erde gebracht worden? Für die letztere Variante spricht zumindest, dass komplexe Chemie auch in anderen Sonnensystemen beobachtbar ist. 2012 wurde beispielsweise der einfachste Zucker, Glycolaldehyd, in der Nähe eines sonnenähnlichen jungen Sterns gefunden. Dieser Zucker ist Zutat für die Bildung von Ribose, dem Rückgrat des Erbmoleküls RNA. Wie solche biologisch relevanten Moleküle aber gebildet werden und ob das Leben auf der Erde tatsächlich eine interstellare Basis besitzt, sind nach wie vor offene Fragen.

Molekularer SauerstoffMolekularer Sauerstoff

Entdeckt 2002 von Goldsmith et al.
Rho-Ophiuchi-Wolke: 16h27m2.8s; -25˚26'4"




Sauerstoff ist das dritthäufigste Molekül im interstellaren Medium. Trotzdem blieb die Suche nach molekularem Sauerstoff in interstellaren Molekülwolken lange erfolglos. Erst 2002 konnte der Swas-Satellit eine erste Linie des molekularen Sauerstoffs in Richtung der Rho-Ophiuchi-Wolke aufnehmen. In einer Entfernung von etwa 530 Lichtjahren ist dies eines der nächstgelegenen Sternentstehungsgebiete. Der beobachtete Sauerstoff wurde hier in stark bewegtem Gas gefunden. Damit erklärte sich auch die vormals erfolglose Suche: In ruhigen Wolken ist Sauerstoff im Eis gebunden, das Staubteilchen bedeckt. Erst wenn junge Sterne dieses Eis durch gewaltige Masseausflüsse zerstören, kann Sauerstoff auch in größeren Mengen im Gas nachgewiesen werden. Zweiatomiger molekularer Sauerstoff und das dreiatomige Ozon sind aber noch aus einem anderen Grund interessant: Sie werden als Biomarker gehandelt, deren Existenz in der Atmosphäre eines Exoplaneten auf biologische Aktivität oder zumindest lebensfreundliche Bedingungen hinweisen könnte.

FullereneFullerene

Entdeckt 2010 von Cami et al.
PN Tc 1: 17h45h35.3s; -46°05'23.7„

Eines der schönsten interstellaren Moleküle ist das C60-Molekül, dessen Kohlenstoffatome sich zu einer an einen Fußball erinnernden Kugel zusammengefunden haben. Es gehört zum Typ der Fullerene: komplexe Kohlenstoffmoleküle in Form von Hohlkörpern, die auf der Erde in den letzten Jahrzehnten vielfache industrielle Anwendung gefunden haben. Ihr Name geht auf den amerikanischen Forscher und Architekten Richard Buckminster Fuller zurück, dessen geodätische Kuppeln an die chemische Struktur der Kohlenstoffbälle erinnern. 1985 wurde C60 erstmalig im Labor hergestellt, 1996 gab es dafür den Chemie-Nobelpreis. Dass es diese Kohlenstoffbälle auch anderswo im Universum geben sollte, wurde seitdem vermutet. 1994 wurden erste Hinweise auf die ionisierte Form C60+ in Sternspektren gefunden. Doch es dauerte bis 2010, bis die neutralen Formen C60 und C70 mit dem Spitzer-
Entdeckt 2010 von Cami et al. PN Tc 1: 17h45h35.3s; -46°05'23.7„
Weltraumteleskop in der Nähe eines planetaren Nebels einwandfrei nachgewiesen werden konnten. Heute schätzt man, dass etwa ein Prozent des interstellaren Kohlenstoffs in Form von Fullerenen auftritt.

Das Alma-Observatorium in der chilenischen Atacama-Wüste ist zur Zeit eine der wichtigsten Datenquellen der Astrochemie.

Dies ist der kosmische Auftakt für unsere am 1. Juli erscheinende Sonderbeilage zur diesjährigen Nobelpreisträgertagung „Chemie“ in Lindau.

F.A.Z.-Multimedia
Foto: ESO/B. Tafreshi Dreamview.net

Quelle: F.A.Z.