IRAM
Hochkomplexe Moleküle im Weltraum
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
astronews.com
21. April 2009

Einem internationalen Team von Wissenschaftlern gelang jetzt erstmals die Entdeckung von gleich zwei der komplexesten unter den bisher gefundenen Molekülen im interstellaren Raum. Computermodelle deuten zudem darauf hin, dass noch komplexere organische Moleküle vorhanden sein müssen, darunter auch die bisher noch nicht identifizierten Aminosäuren, also die Grundbausteine des Lebens, wie wir es auf der Erde kennen.

Das 30 Meter-IRAM-Radioteleskop auf dem Pico Veleta in Südspanien. Beobachtungen im Millimeterwellenbereich mit diesem Teleskop führten zur Entdeckung der beiden neuen Moleküle Äthylformiat und n-Propylzyanid im interstellaren Raum.  Foto: IRAM

Einem internationalen Team von Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn, der amerikanischen Cornell University und der Universität zu Köln gelang die Erstentdeckung von gleich zwei der komplexesten unter den bisher gefundenen Molekülen im interstellaren Raum, Äthylformiat und n-Propylzyanid. Die von den Autoren erstellten Computermodelle zur interstellaren Chemie zeigen, dass noch komplexere organische Moleküle vorhanden sein müssen - darunter auch die bisher noch nicht identifizierten Aminosäuren, Grundbausteine des Lebens, wie wir es auf der Erde kennen. Die Ergebnisse werden heute auf der "Europäischen Woche der Astronomie und Raumfahrt" an der University of Hertfordshire präsentiert.

Das 30-Meter-IRAM-Radioteleskop in Spanien wurde zum Nachweis der Radiostrahlung von Molekülen im Sternentstehungsgebiet Sagittarius B2 in der Nähe des Zentrums unserer Milchstraße eingesetzt. Die beiden neuen Moleküle wurden in einer heißen dichten Gaswolke aufgefunden, die unter dem Namen "Large Molecule Heimat" bekannt geworden ist und einen sehr leuchtkräftigen gerade erst entstandenen Stern in ihrem Inneren enthält.

In dieser Gaswolke konnte bereits eine ganze Reihe von unterschiedlichen großen organischen Molekülen nachgewiesen werden, darunter Alkohole, Aldehyde und Säuren. Die beiden neugefundenen Moleküle, Äthylformiat (C₂H₅OCHO) und n-Propylzyanid (C₃H₇CN), repräsentieren zwei unterschiedliche Klassen von Molekülen - Ester und Alkylzyanide - und sie stellen jeweils die komplexesten bisher im Weltraum entdeckten Vertreter ihrer Klasse dar.

Atome und Moleküle senden Strahlung bei ganz speziellen Frequenzen aus, die als charakteristische "Linien" im elektromagnetischen Spektrum einer astronomischen Quelle erscheinen. Die Entschlüsselung der Signatur eines ganz bestimmten Moleküls im Spektrum ist dabei vergleichbar mit der Identifikation eines Menschen anhand seiner Fingerabdrücke. "Das Problem bei der Suche nach komplexen Molekülen liegt darin, dass die am besten geeigneten astronomischen Quellen so viele unterschiedliche Moleküle enthalten, dass ihre 'Fingerabdrücke' überlappen und nur sehr schwer zu entwirren sind", sagt Arnaud Belloche, Wissenschaftler am MPIfR und Erstautor einer Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics.

"Die größeren und komplexeren Moleküle sind sogar noch schwieriger zu identifizieren, da ihre 'Fingerabdrücke' kaum sichtbar werden: ihre Strahlung wird über eine viel größere Anzahl von Linien verteilt, die alle viel schwächer herauskommen", ergänzt Holger Müller von der Universität Köln. Von den insgesamt 3.700 Spektrallinien, die mit dem IRAM-Teleskop gefunden wurden, konnte das Forschungsteam 36 Linien mit den beiden neuen Molekülen identifizieren.

Die Forscher haben anschließend Computer-Modellrechnungen dafür eingesetzt, die chemischen Prozesse zu verstehen, die zur Bildung solcher Moleküle im Weltraum führen. Chemische Reaktionen erfolgen als Resultat von Kollisionen zwischen Gaspartikeln; aber ebenso befinden sich Staubkörner als Bestandteile im interstellaren Gas, auf deren Oberfläche Reaktionen zwischen einzelnen Atomen stattfinden können, die zur Bildung von Molekülen führen. Als Ergebnis davon bauen sich um die Staubkörner dicke Eisschichten auf. Sie bestehen hauptsächlich aus Wasser, enthalten aber auch Einschlüsse einer Reihe von einfachen organischen Molekülen wie z.B. Methanol, dem einfachsten Alkohol.

"Aber", sagt Robin Garrod, ein Astrochemiker an der Cornell University, "die wirklich großen Moleküle scheinen sich nicht auf diese Weise, nämlich Atom für Atom, aufzubauen." Statt dessen lassen die Computermodelle vermuten, dass die komplexeren Moleküle abschnittweise aufgebaut werden. Dabei kommen vorgefertigte Teilabschnitte zum Einsatz, die durch Moleküle bereitgestellt werden, die schon auf den Staubkörnern vorhanden sind, wie etwa Methanol. Die Computermodelle zeigen, dass diese Abschnitte oder "funktionalen Gruppen" sich sehr wirksam miteinander verbinden können, um so ganze "Molekülketten" in einer Serie von kurzen Schritten zusammenzubauen.

Die beiden neuentdeckten Moleküle sind vermutlich auf diese Art entstanden. Und Garrod fügt hinzu: "Es gibt anscheinend keine Begrenzung für die Größe der Moleküle, die durch diesen Prozess erzeugt werden können - wir erwarten sogar noch komplexere Moleküle, wenn wir sie überhaupt nur entdecken können." Karl Menten, Direktor am MPIfR und ebenfalls Mitglied des Forschungsteams, erwartet solche Entdeckungen bereits in naher Zukunft. "Was wir im Moment machen, ist ein bisschen so wie die Suche nach der Stecknadel im Heuhaufen. Zukünftige Forschungsinstrumente wie das Atacama Large Millimeter Array werden noch effizientere Beobachtungsprogramme möglich machen, mit denen weitere organische Moleküle im interstellaren Raum gefunden werden können."

Vielleicht sogar die Entdeckung von Aminosäuren, die für die Erzeugung von Proteinen benötigt werden und damit unverzichtbar sind für die Entstehung des Lebens auf der Erde. Nach der einfachsten Aminosäure, Glyzin (NH₂CH₂COOH), wurde bereits wiederholt im Weltraum gesucht; bis jetzt konnte sie noch nicht nachgewiesen werden. Allerdings sind beide hier beschriebenen neuentdeckten Moleküle von Größe und Komplexität her durchaus mit Glyzin vergleichbar.