Astronomie : Zucker im All entdeckt

Vom Himmel gefallen: Kamen die ersten Lebensbausteine aus dem Kosmos? Anzeichen dafür haben Forscher jetzt mit einer Radioteleskop-Anlage in Chile entdeckt.

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Astronomen haben erstmals Glycolaldehydmoleküle, das ist eine einfache Form von Zucker, in der unmittelbaren Umgebung eines jungen, sonnenähnlichen Sterns beobachtet. Die aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff aufgebauten Moleküle sind etwa 20-mal so weit von dem Stern entfernt wie die Erde von der Sonne und fallen langsam in das dort vermutlich entstehende Planetensystem hinein. Die im Fachmagazin „Astrophysical Journal Letters“ präsentierte Entdeckung stärkt damit die Hypothese, dass die ersten Lebensbausteine bereits im All entstehen und von dort auf junge Planeten herabregnen.

„Das Aufregende an unserer Entdeckung ist, dass die Zuckermoleküle auf den Stern zufallen“, sagt Cecile Favre von der Universität Århus in Dänemark. „Die Zuckermoleküle sind also nicht nur am richtigen Ort, um den Weg zu einem Planeten zu finden, sondern sie bewegen sich auch noch in die richtige Richtung.“ Favre und ihre Kollegen stützen sich auf Daten der Radioteleskop-Anlage „Alma“ (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) der Europäischen Südsternwarte Eso in Chile. Damit spürten sie die Glycolaldehydmoleküle bei dem 400 Lichtjahre entfernten Doppelstern „IRAS 16293-2422“ auf. Der Hauptstern des jungen, in der Sternentstehungsregion Rho Ophiuchi eingebetteten Systems besitzt etwa die gleiche Masse wie unsere Sonne.

Süße Sterne. Das Bild zeigt die Region „Rho Ophiuchi“ im Infrarotlicht. Die Zuckermoleküle wurden bei IRAS 16293-2422 entdeckt, dem rötlichen Objekt in der Mitte des Quadrats. Das kleinere Bild ist eine künstlerische Darstellung von Glycolaldehydmolekülen.
Süße Sterne. Das Bild zeigt die Region „Rho Ophiuchi“ im Infrarotlicht. Die Zuckermoleküle wurden bei IRAS 16293-2422 entdeckt,...Foto: dpa

Der Nachweis von Molekülen, die aus vielen Atomen aufgebaut sind, ist für die Wissenschaftler ein spannendes, aber ausgesprochen schwieriges Geschäft. Dazu analysieren sie die Strahlung, die ferne Sterne und Gaswolken zur Erde schicken. Bei bestimmten Wellenlängen ist die Strahlung oft intensiver als in anderen Teilen des Spektrums. Eine Ursache dafür sind Elektronenübergänge in Atomen jener chemischen Elemente, die in den fernen Himmelsgebieten vorhanden sind. Sauerstoff, Stickstoff oder Eisen zum Beispiel lassen sich an den für sie charakteristischen Linien im Strahlungsspektrum rasch identifizieren.

Doch auch Moleküle erzeugen typische Spektrallinien, aber durch andere Prozesse. Bei ihnen spielen Schwingungen und Drehungen die entscheidende Rolle. Die Schwingungs- und Rotationszustände der Moleküle können sich nach den Gesetzen der Quantenmechanik nur in bestimmten Schritten ändern. Jede solche Änderung entspricht einer bestimmten Strahlungsenergie und damit einer Linie im Spektrum.

Das Spektrum der Moleküle ist dementsprechend kompliziert. Je mehr Atome es besitzt, desto mehr Linien kann es auch erzeugen. Außerdem spielen auch die Druck- und Temperaturverhältnisse eine Rolle. Bei komplexen Molekülen ist eine Berechnung des Spektrums zumeist nicht möglich, dann müssen die Astronomen auf Untersuchungen im Labor zurückgreifen. Die dort künstlich erzeugten Spektren versuchen die Forscher dann in der Strahlung aus dem Weltall zu identifizieren.

Inzwischen gibt es große Datenbanken wie etwa CDMS, die Kölner Datenbank für molekulare Spektroskopie, die diesen Vergleich erleichtern. Auf der anderen Seite erlaubt der stetige Fortschritt der Instrumententechnik den Astronomen, immer schwächere Spektrallinien nachzuweisen – und damit auch immer größere Moleküle aufzuspüren. Dazu gehören so komplexe Verbindungen wie Äthylalkohol, Formaldehyd, Ameisensäure, Essigsäure, Äthylenglykol und eben der Zucker Glykolaldehyd.

Spektakulär war beispielsweise die Entdeckung von Ethylglykol, das auf der Erde als Frostschutzmittel Verwendung findet. Besonderes Augenmerk liegt auf Aminosäuren, da sie als Grundbausteine des Lebens gelten. In Meteoriten konnten Wissenschaftler eine ganze Reihe von Aminosäuren nachweisen, außerdem die in unserem Erbgut vorkommenden Basen Adenin und Guanin. Die Existenz von Aminosäuren in kosmischen Gaswolken hingegen ist noch umstritten. Zwar verkündete ein amerikanisch-chinesisches Team im Jahr 2002 den Nachweis der einfachsten Aminosäure Glycin in einer Sternentstehungsregion. Doch anderen Astronomen gelang es bislang nicht, diese Entdeckung zu bestätigen. Mit Aminoacetonitril konnte ein internationales Forscherteam 2008 aber immerhin einen nahen Verwandten und möglichen direkten Vorläufer von Glycin aufspüren.

Selbst in den dichtesten Gaswolken im All ist die Materiedichte jedoch billionenfach geringer als in der Erdatmosphäre. Für die Astronomen war es deshalb lange Zeit ein Rätsel, wie es bei so geringen Dichten überhaupt zu chemischen Reaktionen kommen kann. Denn auf der Erde reagieren Atome und Moleküle miteinander, wenn sie zusammenstoßen. Doch solche Zusammenstöße kommen in kosmischen Gaswolken viel zu selten vor.

Heute sind sich die Wissenschaftler sicher, dass Staubpartikel in den Wolken die entscheidende Rolle für die kosmische Chemie spielen. Die Staubteilchen besitzen eine vergleichsweise große Oberfläche, an die sich Atome und Moleküle aus der Wolke anlagern können. Die Atome und Moleküle wandern dann auf der Oberfläche der Partikel umher, treffen aufeinander und können so miteinander reagieren und immer komplexere Moleküle bilden.

„Die große Frage ist: Wie komplex können die Moleküle werden, bevor sie von Planeten aufgenommen werden?“, sagt der an der Entdeckung des Glycolaldehyds beteiligte Astrophysiker Jes Jørgensen vom Niels-Bohr-Institut in Kopenhagen. Die Antwort auf diese Frage kann uns nicht nur etwas darüber erzählen, wie Leben auf fernen Planeten entstehen könnte, sondern auch darüber, wie das Leben auf der Erde begann. Vielleicht haben Moleküle aus dem Weltall dafür den entscheidenden Anstoß gegeben.

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