Wissenschaftler, die mit dem Hubble-Weltraumteleskop arbeiten, haben dort draußen im Weltraum ein sehr komplexes Molekül gefunden. Buckyballs genannt, nach dem bekannten Denker Buckminster Fuller, sind sie eine molekulare Anordnung von 60 Kohlenstoffatomen (C60) in der rauen Form eines Fußballs. Obwohl es nicht das erste Mal ist, dass diese exotischen Moleküle im Weltraum entdeckt wurden, ist es das erste Mal, dass Buckyball-Ionen gefunden wurden.
Die Buckyballs (auch bekannt als Buckminsterfullerene) wurden im Interstellaren Medium (ISM) gefunden, der diffusen Materie und Strahlung, die zwischen Sonnensystemen existiert. Da ISM die Art von grundlegender Materie ist, aus der sich schließlich Sterne und Planeten bilden, sind Astronomen wirklich daran interessiert. Das Verständnis des Inhalts des ISM beleuchtet den Aufstieg von Sternen, Planeten und schließlich das Leben selbst.
„Unsere Bestätigung von C.60+ zeigt, wie komplex die Astrochemie selbst in der niedrigsten Dichte die am stärksten mit Ultraviolettstrahlung bestrahlten Umgebungen in der Galaxie erreichen kann. “
Martin Cordiner, Hauptautor, Goddard Space Flight Center
Das Team hinter dieser Entdeckung veröffentlichte seine Ergebnisse am 22. April 2019 in den Astrophysical Journal Letters. Das Papier heißt „Bestätigung des interstellaren C60 + mit dem Hubble-Weltraumteleskop“. Der Hauptautor ist Martin Cordiner von der Catholic University of America, der im Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, stationiert ist.
Auf der Erde haben Wissenschaftler C60 + gefunden, aber es ist selten. Sie haben es in Gesteinen und Mineralien sowie in Ruß gefunden, der durch Hochtemperaturverbrennung entsteht. Es ist überraschend, die ionisierte (elektrisch geladene) Form von C60 + im ISM zu finden, da es sich um eine so raue Umgebung handelt.
Das C60 + im Weltraum wird von Sternen ionisiert. Das ultraviolette Licht von Sternen entfernt ein Elektron vom C60, wodurch das Molekül eine positive Ladung erhält. Das Auffinden dieser komplexen Kohlenstoffmoleküle im Weltraum ist ein Schritt in Richtung eines vollständigeren Katalogs der Materie im interstellaren Medium.
Leben: Die ultimative chemische Komplexität
"Das diffuse ISM wurde historisch als zu rau und dünn empfunden, als dass eine nennenswerte Menge großer Moleküle auftreten könnte", sagte der Hauptautor Cordiner in einer Pressemitteilung. „Vor dem Nachweis von C.60Die größten bekannten Moleküle im Weltraum waren nur 12 Atome groß. Unsere Bestätigung von C.60+ zeigt, wie komplex die Astrochemie selbst in der niedrigsten Dichte die am stärksten mit Ultraviolettstrahlung bestrahlten Umgebungen in der Galaxie erreichen kann. “
"In gewisser Weise kann das Leben als die ultimative chemische Komplexität angesehen werden."
Martin Cordiner, Hauptautor, Goddard Space Flight Center
Kohlenstoff ist, soweit wir wissen, der Schlüssel zum Leben. Es ist reichlich vorhanden und kann einzigartige und vielfältige Verbindungen bilden. Kohlenstoff kann bei üblichen Erdtemperaturen große Moleküle bilden, die als Polymere bezeichnet werden. Polymere sind eine Familie von Molekülen mit einem breiten Spektrum von Eigenschaften, die in lebenden Geweben wie Proteinen und DNA eine Schlüsselrolle spielen. Ein Leben ohne Kohlenstoff ist schwer vorstellbar.
Da das Leben auf kohlenstoffhaltigen Molekülen basiert, ist es eine faszinierende Entdeckung, komplexe Kohlenstoffmoleküle wie C60 + im Weltraum zu finden. "In gewisser Weise kann das Leben als die ultimative chemische Komplexität angesehen werden", sagte Cordiner. „Die Anwesenheit von C.60 zeigt eindeutig ein hohes Maß an chemischer Komplexität, die der Weltraumumgebung eigen ist, und weist auf eine hohe Wahrscheinlichkeit hin, dass andere äußerst komplexe, kohlenstoffhaltige Moleküle spontan im Weltraum entstehen. “
Der Schlüssel zum Auffinden von C60 + im ISM sind sogenannte Diffuse Interstellar Bands (IDBs).
Die Hauptmaterialien im ISM sind die üblichen Verdächtigen: Wasserstoff und Helium. Aber es gibt viele andere nicht identifizierte komplexe Moleküle im ISM, und der einzige Weg, sie zu finden, besteht darin, das Sternenlicht zu untersuchen, das durch sie hindurchgeht.
Verschiedene Elemente und Verbindungen im ISM können bestimmte Wellenlängen des Sternenlichts blockieren oder absorbieren. Mithilfe der Spektrometrie können Wissenschaftler Licht in verschiedene Wellenlängen aufteilen und untersuchen. Auf diese Weise können sie genau erkennen, welche Wellenlängen fehlen, und die verantwortlichen Chemikalien ableiten.
Im ISM kann dies schwierig sein. Da draußen decken die spektrometrisch aufgedeckten Absorptionsmuster einen viel breiteren Lichtbereich ab, von denen sich einige völlig von denen auf der Erde unterscheiden. Diese Muster heißen Diffuse Interstellar Bands und wurden erstmals 1922 von der amerikanischen Astronomin Mary Lea Heger entdeckt.
Das Problem ist, um die Natur einer DIB im Weltraum zu identifizieren, muss sie mit einer in einem Labor beobachteten abgeglichen werden. Es gibt jedoch Millionen verschiedener molekularer Strukturen und der damit verbundenen DIBs. Daher würde es einige Zeit dauern, sie alle zu identifizieren.
„Heute sind mehr als 400 DIBs bekannt, aber (abgesehen von den wenigen, die neu C zugeschrieben werden)60+) wurde keiner eindeutig identifiziert “, sagte Cordiner. „Zusammengenommen deutet das Auftreten der DIBs auf das Vorhandensein einer großen Menge kohlenstoffreicher Moleküle im Weltraum hin, von denen einige möglicherweise an der Chemie beteiligt sind, die zum Leben führt. Die Zusammensetzung und Eigenschaften dieses Materials bleiben jedoch unbekannt, bis die verbleibenden DIBs zugewiesen werden. “
Wissenschaftler haben jahrzehntelang versucht, genaue Laborübereinstimmungen für DIBs zu finden.
Der ehrwürdige Hubble entdeckt Buckyballs
Hier kommt das ehrwürdige Hubble-Weltraumteleskop ins Spiel.
Das Team hinter dieser neuen Forschung verglich die C60 + -Absorptionsmuster im Labor mit DIBs, die Hubble im interstellaren Medium beobachtete. Die DIB-Laborarbeit wurde von einem anderen Team der Universität Basel in der Schweiz durchgeführt. Der Hubble konnte die C60 + -Absorptionsdaten von seinem Sitzplatz im Orbit aus beobachten, wo der Wasserdampf in der Erdatmosphäre ihn nicht blockieren kann. Trotzdem musste das Team das Weltraumteleskop über seine Empfindlichkeitsgrenzen hinaus schieben.
Die Entdeckung von Buckyball-Ionen im Weltraum hat das Team nach mehr beflügelt. Man denkt, wenn diese komplexen Kohlenstoffmoleküle im ISM vorhanden sind, gibt es andere? Um dies herauszufinden, sind weitere Laborarbeiten mit anderen komplexen Kohlenstoffmolekülen erforderlich, um deren DIBs zu identifizieren, damit sie mit zukünftigen Beobachtungen des ISM abgeglichen werden können.
Im Moment möchte das Team hinter dieser Studie weiterhin nach Buckyballs im Weltraum suchen, um zu sehen, wie häufig sie sind. Der Hauptautor Cordiner glaubt, dass C60 + aufgrund seiner bisherigen Erkenntnisse in der Galaxie weit verbreitet ist.
Was dies für das Erscheinen und die Entwicklung des Lebens auf der Erde und anderswo bedeutet, liegt in der Luft, aber es ist eine faszinierende Untersuchungslinie.
Quellen:
- Pressemitteilung: Hubble findet winzige „elektrische Fußbälle“ im Weltraum und hilft bei der Lösung interstellarer Rätsel
- Forschungsbericht: Bestätigung des interstellaren C60 + mit dem Hubble-Weltraumteleskop
- Wikipedia-Eintrag: Interstellares Medium
- Wikipedia-Eintrag: Carbon
