Bildnachweis: NRAO
Ein Team von Wissenschaftlern, die das Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) der National Science Foundation verwenden, hat zwei neue Moleküle in einer interstellaren Wolke nahe dem Zentrum der Milchstraßengalaxie entdeckt. Diese Entdeckung ist die erste Entdeckung neuer Moleküle durch das GBT und hilft Astronomen bereits dabei, die komplexen Prozesse, durch die sich große Moleküle im Weltraum bilden, besser zu verstehen.
Das 8-Atom-Molekül Propenal und das 10-Atom-Molekül Propanal wurden in einer großen Gas- und Staubwolke in einer Entfernung von etwa 26.000 Lichtjahren in einem als Schütze B2 bekannten Gebiet nachgewiesen. Solche Wolken, oft mit vielen Lichtjahren Durchmesser, sind der Rohstoff, aus dem neue Sterne entstehen.
"Obwohl diese interstellaren Wolken für Erdstandards sehr selten sind, sind sie Orte komplexer chemischer Reaktionen, die über Hunderttausende oder Millionen von Jahren ablaufen", sagte Jan M. Hollis vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Md. " Im Laufe der Zeit können in diesen Wolken immer komplexere Moleküle gebildet werden. Derzeit gibt es jedoch keine akzeptierte Theorie darüber, wie interstellare Moleküle mit mehr als 5 Atomen gebildet werden. “
Bisher wurden in interstellaren Wolken etwa 130 verschiedene Moleküle entdeckt. Die meisten dieser Moleküle enthalten eine kleine Anzahl von Atomen, und in interstellaren Wolken wurden nur wenige Moleküle mit acht oder mehr Atomen gefunden. Jedes Mal, wenn ein neues Molekül entdeckt wird, hilft es, die Bildungschemie und die Natur interstellarer Staubkörner einzuschränken, von denen angenommen wird, dass sie die Bildungsorte der komplexesten interstellaren Moleküle sind.
Hollis arbeitete mit Anthony Remijan zusammen, ebenfalls von NASA Goddard; Frank J. Lovas vom Nationalen Institut für Standards und Technologie in Gaithersburg, Md.; Harald Mollendal von der Universität Oslo, Norwegen; und Philip R. Jewell vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO) in Green Bank, W.Va. Ihre Ergebnisse wurden zur Veröffentlichung in den Astrophysical Journal Letters angenommen.
Im GBT-Experiment wurden drei Aldehydmoleküle beobachtet, die durch einfache Wasserstoffadditionsreaktionen, die wahrscheinlich auf der Oberfläche interstellarer Körner auftreten, in Beziehung zu stehen scheinen. Ein Aldehyd ist ein Molekül, das die Aldehydgruppe (CHO) enthält: ein Kohlenstoffatom, das einfach an ein Wasserstoffatom gebunden und an ein Sauerstoffatom doppelt gebunden ist; Die verbleibende Bindung an demselben Kohlenstoffatom bindet an den Rest des Moleküls.
Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Propynal (HC2CHO) wird Propenal (CH2CHCHO) durch Zugabe von zwei Wasserstoffatomen gebildet. Nach dem gleichen Verfahren wird Propanal (CH3CH2CHO) aus Propenal gebildet.
Nachdem sich diese Moleküle auf interstellaren Staubkörnern gebildet haben, können sie als diffuses Gas ausgestoßen werden. Wenn sich genügend Moleküle im Gas ansammeln, können sie mit einem Radioteleskop nachgewiesen werden. Wenn sich die Moleküle Ende für Ende drehen, wechseln sie von einem Rotationsenergiezustand in einen anderen und senden Radiowellen mit präzisen Frequenzen aus. Die "Familie" von Radiofrequenzen, die von einem bestimmten Molekül emittiert werden, bildet einen einzigartigen "Fingerabdruck", mit dem Wissenschaftler dieses Molekül identifizieren können. Die Wissenschaftler identifizierten die beiden neuen Aldehyde durch Detektion einer Reihe von Funkemissionsfrequenzen im sogenannten K-Band-Bereich (18 bis 26 GHz) des elektromagnetischen Spektrums.
"Interstellare Moleküle werden anhand der Frequenzen identifiziert, die für das Rotationsspektrum jedes Moleküls einzigartig sind", sagte Lovas. „Diese werden entweder direkt im Labor gemessen oder aus den gemessenen Daten berechnet. In diesem Fall haben wir die berechneten Spektralfrequenzen basierend auf einer Analyse der Literaturdaten verwendet. “
Komplexe Moleküle im Weltraum sind aus vielen Gründen von Interesse, einschließlich ihres möglichen Zusammenhangs mit der Bildung biologisch bedeutender Moleküle auf der frühen Erde. Komplexe Moleküle könnten sich auf der frühen Erde gebildet haben, oder sie könnten sich zuerst in interstellaren Wolken gebildet und zur Erdoberfläche transportiert worden sein.
Moleküle mit der Aldehydgruppe sind besonders interessant, da mehrere biologisch signifikante Moleküle, einschließlich einer Familie von Zuckermolekülen, Aldehyde sind.
"Mit dem GBT kann die Möglichkeit, dass eine erhebliche Menge präbiotischer Chemie im Weltraum auftritt, lange bevor sie auf einem neu gebildeten Planeten auftritt, vollständig untersucht werden", sagte Remijan. „Kometen bilden sich aus interstellaren Wolken und bombardieren ununterbrochen einen neu gebildeten Planeten zu Beginn seiner Geschichte. Krater auf unserem Mond bestätigen dies. Kometen können daher die Transportmittel für organische Moleküle sein, die notwendig sind, damit das Leben auf einem neuen Planeten beginnt. “
Laborexperimente zeigen auch, dass atomare Additionsreaktionen - ähnlich wie in interstellaren Wolken angenommen - eine Rolle bei der Synthese komplexer Moleküle spielen, indem Eis, das einfachere Moleküle wie Wasser, Kohlendioxid und Methanol enthält, einer Dosierung ionisierender Strahlung ausgesetzt wird. So können nun Laborexperimente mit verschiedenen Eiskomponenten durchgeführt werden, um die Herstellung der mit dem GBT beobachteten Aldehyde zu versuchen.
„Der Nachweis der beiden neuen Aldehyde, die über einen gemeinsamen chemischen Weg, die als Wasserstoffaddition bezeichnet wird, verwandt sind, zeigt, dass die Evolution zu komplexeren Spezies routinemäßig in interstellaren Wolken stattfindet und dass ein relativ einfacher Mechanismus große Moleküle aus kleineren aufbauen kann. Das GBT ist heute ein Schlüsselinstrument zur Erforschung der chemischen Evolution im Weltraum “, sagte Hollis.
Das GBT ist das weltweit größte voll lenkbare Radioteleskop. es wird von der NRAO betrieben.
„Dank des großen Durchmessers und der hohen Präzision des GBT konnten wir kleine interstellare Wolken untersuchen, die die Strahlung einer hellen Hintergrundquelle absorbieren können. Die Empfindlichkeit und Flexibilität des Teleskops haben uns ein wichtiges neues Werkzeug für die Untersuchung komplexer interstellarer Moleküle gegeben “, sagte Jewell.
Das National Radio Astronomy Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation, die im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung von Associated Universities, Inc. betrieben wird.
Originalquelle: NRAO-Pressemitteilung
