Simulation interstellarer Staubkörner. Bildnachweis: OSU. Klicken um zu vergrößern.
Der Science-Fiction-Autor Harlan Ellison hat einmal gesagt, dass die häufigsten Elemente im Universum Wasserstoff und Dummheit sind.
Während das Urteil über das Volumen der Dummheit noch offen ist, wissen Wissenschaftler seit langem, dass Wasserstoff bei weitem das am häufigsten vorkommende Element im Universum ist. Wenn sie durch ihre Teleskope schauen, sehen sie Wasserstoff in den riesigen Staub- und Gaswolken zwischen den Sternen - besonders in den dichteren Regionen, die zusammenbrechen, um neue Sterne und Planeten zu bilden.
Es bleibt jedoch ein Rätsel: Warum liegt ein Großteil dieses Wasserstoffs in molekularer Form - mit zwei miteinander verbundenen Wasserstoffatomen? - und nicht in seiner einzigen atomaren Form vor? Woher kommt all dieser molekulare Wasserstoff? Forscher der Ohio State University haben kürzlich beschlossen, es herauszufinden.
Sie entdeckten, dass ein scheinbar winziges Detail - ob die Oberflächen interstellarer Staubkörner glatt oder holprig sind - erklären könnte, warum es im Universum so viel molekularen Wasserstoff gibt. Sie berichteten über ihre Ergebnisse auf dem 60. Internationalen Symposium für molekulare Spektroskopie an der Ohio State University.
Wasserstoff ist das einfachste bekannte atomare Element; es besteht nur aus einem Proton und einem Elektron. Wissenschaftler haben die Existenz von molekularem Wasserstoff immer als selbstverständlich angesehen, wenn sie Theorien darüber formulierten, woher all die größeren und ausgefeilteren Moleküle im Universum stammen. Aber niemand konnte erklären, wie viele Wasserstoffatome Moleküle bilden konnten - bis jetzt.
Wenn es um die Herstellung von molekularem Wasserstoff geht, ähnelt die ideale mikroskopische Wirtsoberfläche weniger der Flachheit von Ohio als vielmehr einer Skyline von Manhattan.
Damit zwei Wasserstoffatome genug Energie haben, um sich in den kalten Regionen des Weltraums zu verbinden, müssen sie sich zuerst auf einer Oberfläche treffen, erklärte Eric Herbst, Professor für Physik an der Distinguished University im Bundesstaat Ohio.
Obwohl Wissenschaftler vermuteten, dass Weltraumstaub die notwendige Oberfläche für solche chemischen Reaktionen darstellt, funktionierten Laborsimulationen des Prozesses nie. Zumindest funktionierten sie nicht gut genug, um die Fülle an molekularem Wasserstoff zu erklären, die Wissenschaftler im Weltraum sehen.
Herbst, Professor für Physik, Chemie und Astronomie, simulierte gemeinsam mit Herma Cuppen, einem Postdoktoranden, und Qiang Chang, einem Doktoranden, beide in Physik, verschiedene Stauboberflächen auf einem Computer. Anschließend modellierten sie die Bewegung zweier Wasserstoffatome, die entlang der verschiedenen Oberflächen taumelten, bis sie sich zu einem Molekül fanden.
Angesichts der Staubmenge, von der Wissenschaftler glauben, dass sie im Weltraum schwimmt, konnten die Forscher des Staates Ohio die Erzeugung der richtigen Menge Wasserstoff simulieren, jedoch nur auf holprigen Oberflächen.
Wenn es um die Herstellung von molekularem Wasserstoff geht, ist die ideale mikroskopische Wirtsoberfläche "weniger wie die Flachheit von Ohio als vielmehr wie eine Skyline von Manhattan". Sagte Herbst.
Das Problem bei früheren Simulationen scheint zu sein, dass sie immer eine flache Oberfläche angenommen haben.
Cuppen versteht warum. "Wenn Sie etwas testen möchten, ist es schneller und einfacher, mit einer ebenen Fläche zu beginnen." Sie sagte
Sie sollte es wissen. Sie ist eine Expertin für Oberflächenwissenschaften, aber es dauerte noch Monate, bis sie das holprige Staubmodell zusammengebaut hatte, und sie arbeitet immer noch daran, es zu verfeinern. Schließlich können andere Wissenschaftler das Modell verwenden, um andere chemische Reaktionen im Weltraum zu simulieren.
In der Zwischenzeit arbeiten die Wissenschaftler des Staates Ohio mit Kollegen anderer Institutionen zusammen, die holprige Oberflächen herstellen und verwenden, die die Textur von Weltraumstaub nachahmen. Obwohl reale Weltraumstaubpartikel so klein wie Sandkörner sind, können Wissenschaftler mit diesen größeren, groschengroßen Oberflächen testen, ob unterschiedliche Texturen die Bildung von molekularem Wasserstoff im Labor unterstützen.
Originalquelle: OSU-Pressemitteilung
