Alkohol im All: Astronomen haben erstmals das organische Molekül Isopropanol im Weltall nachgewiesen. Dieser größte bisher im Weltraum entdeckte Alkohol kommt in einer kalten Gaswolke nahe dem Zentrum der Milchstraße vor und existiert dort in zwei Strukturvarianten, wie das Team mithilfe von Daten des ALMA-Radioobservatoriums feststellte. Gebildet werden diese organischen Moleküle wahrscheinlich in der Eiskruste interstellarer Staubkörnchen.
Ob DNA-Bausteine, Peptide, Fullerene oder aromatische Kohlenwasserstoffe: Komplexe organische Moleküle gibt es nicht nur auf der Erde oder anderen Planeten, sondern auch reichlich im Weltraum. Vor allem in den kalten Gaswolken von Sternenwiegen oder auf interstellaren Staubkörnchen laufen selbst bei wenig Licht und kalten Temperaturen chemische Reaktionen ab, durch die immer größere, komplexere Moleküle entstehen. Auch entscheidende Bausteine des irdischen Lebens könnten einst aus dem Weltraum gekommen sein.
Isopropanol-Fahndung im Weltraum
Jetzt haben Astronomen eine weitere organische Molekülvariante im Weltraum nachgewiesen: Isopropanol. Dieser Alkohol hat ein Kohlenstoffatom mehr als Ethanol und wird vor allem als Lösungs- und Reinigungsmittel eingesetzt. Auch zur Desinfektion – unter anderem während der Corona-Pandemie – kommt das Isopropanol zum Einsatz. Ob es diesen Alkohol auch im All gibt, haben Arnaud Belloche vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und seine Kollegen mithilfe des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile untersucht.
Die Radioteleskope dieses Observatoriums sind wegen ihrer hohen Empfindlichkeit, der hohen Winkelauflösung und breiten Frequenzabdeckung besonders für den Nachweis komplexerer Moleküle geeignet. „Je größer das Molekül ist, desto mehr Spektrallinien bei verschiedenen Frequenzen wird es emittieren“, erklärt Koautor Holger Müller von der Universität Köln. In kalten dichten Molekülwolken überschneiden sich zudem die Spektren verschiedener Moleküle, was ihre Identifizierung zusätzlich erschwert.
Größter bisher im All nachgewiesener Alkohol
Für ihre Studie richteten die Astronomen die Antennen von ALMA auf die Molekülwolke Sagittarius B2 nahe dem galaktischen Zentrum der Milchstraße. In dieser Sternenwiege wurden schon zuvor organische Moleküle wie Propylenoxid, Propylcyanid oder Ethanol nachgewiesen. „Propanol steht schon lange auf unserer Liste der aufzuspürenden Moleküle“, erklärt Müllers Kollege Oliver Zingsheim. Aber erst genaue Laboranalysen der typischen spektralen Merkmale dieses Moleküls ermöglichten nun die Fahndung.
Mit Erfolg: Im Wirrwarr der unzähligen Spektrallinien identifizierten die Forschenden neben den Signaturen von Methanol und Ethanol auch sieben Linien, die sich eindeutig dem Isopropanol zuordnen lassen. „Unseres Wissens nach ist dies der erste interstellare Nachweis dieses Moleküls“, berichten Belloche und seine Kollegen. Zudem ist es der größte Alkohol, der bisher im Weltraum gefunden wurde.
Den Daten nach liegt die Dichte des Isopropanols im untersuchten Ausschnitt der Gaswolke bei rund 130 Billiarden Molekülen pro Quadratzentimeter – das ist 30-fach geringer als beim interstellaren Ethanol.
Eiskruste interstellarer Staubkörnchen als „Chemiefabrik“
Neben dem Isopropanol konnten die Astronomen auch die spektrale Signatur des „normalen“ Propanols nachweisen. Bei diesem Molekül sitzt die -OH-Gruppe am ersten statt am zweiten, mittleren Kohlenstoffatom. „Der Nachweis beider Isomere des Propanols ist von einzigartiger Aussagekraft, wenn es darum geht, den Entstehungsmechanismus der beiden Isomere zu bestimmen“, erklärt Koautor Rob Garrod von der University of Virginia.
In der interstellaren Wolke kommen beide Propanol-Varianten im Verhältnis 60:40 vor, wie die Forschenden ermittelten. Mithilfe eines Modells gelang es ihnen, auf Basis der Beobachtungsdaten die Entstehung des Isopropanols zu rekonstruieren. Demnach bildet sich der Alkohol in der Eisschicht von interstellaren Staubkörnchen. Wenn das Eis zu sublimieren beginnt, kommen im Eis gefangene organische Vorläufersubstanzen miteinander in Kontakt. Dabei kommt es zur Reaktion von OH-Radikalen mit Propylen und Propanole entstehen.
Es gibt dort draußen noch viel mehr
Wie die Astronomen erklären, ist damit aber erst ein Bruchteil der Moleküle und komplexen chemischen Reaktionen in den interstellaren Gaswolken entschlüsselt. „Es gibt noch viele unidentifizierte Linien im ALMA-Spektrum von Sgr B2 und somit noch eine Menge Arbeit, um die chemische Zusammensetzung dieser wichtigen Quelle zu entschlüsseln“, erklärt Seniorautor Karl Menten vom MPI für Radioastronomie.
„In naher Zukunft wird uns die Erweiterung der ALMA-Instrumentierung auf niedrigere Frequenzen wahrscheinlich dabei helfen, die Konfusion im Spektrum noch weiter zu reduzieren und möglicherweise weitere organische Moleküle in Sgr B2 zu identifizieren“, so der Astronom weiter. (Astronomy & Astrophysics, 2022; doi: 10.1051/0004-6361/202243575)
Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie
