Im Jahr 2010 sind im Weltraum erstmals sogenannte Fullerene nachgewiesen worden – eine wissenschaftliche Sensation. Innsbrucker Physiker haben nun im Labor erstmals Hinweise gefunden, warum diese großen, fußballförmigen Kohlenstoffmoleküle nicht schon viel früher entdeckt wurden: Die Fullerene verstecken sich möglicherweise unter einem Wasserstoffmantel.
Auf der Erde werden Fullerene unter Bedingungen erzeugt, die jenen in der Atmosphäre alter, kohlenstoffreicher Riesensterne gleichen. Forscher waren deshalb schon seit langem davon überzeugt, dass die Kohlenstoffmoleküle auch in den unendlichen Weiten des Universums existieren. Doch erst mithilfe von Infrarotaufnahmen des Weltraumteleskops Spitzer ist es im Vorjahr gelungen, diese im Weltall tatsächlich zu identifizieren. Die „Nanofußbälle“ sind bis heute die größten jemals im Weltraum entdeckten Moleküle.
„Wir haben nun im Labor Beweise gefunden, die nahelegen, dass sich Fullerene in dichten interstellaren Wolken unter einer dünnen Schicht von Wasserstoffmolekülen verbergen“, erzählt Professor Paul Scheier vom Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik der Universität Innsbruck. „Dadurch sind sie in den auf der Erde beobachteten Lichtspektren aus dem All nicht nachweisbar. Wahrscheinlich vermuten wir sie einfach an den falschen Stellen des Spektrums“, zieht Scheier einen überraschenden Schluss. Denn, wenn Fullerene tatsächlich mit Wasserstoffatomen überzogen sind, verschieben sich dadurch die Spektrallinien der Moleküle in dem auf der Erde beobachteten Licht aus dem Weltall.
Nachweis im Labor
Belegen können das die Physiker um Scheier zusammen mit Kollegen der University of New Hampshire, USA, mit einem Experiment im Labor. Hier werden die beinahe kugelförmigen Moleküle aus 60 oder 70 Kohlenstoffatomen gemeinsam mit Wasserstoffmolekülen in ultrakalte Heliumtröpfchen eingelagert und ionisiert. Atome und Moleküle lassen sich darin relativ einfach einfangen und bilden kalte Komplexe, ähnlich zu molekularen Schichten auf Staubteilchen in interstellaren Wolken. Allerdings ist die Zeitskala für das Entstehen molekularer Filme im Weltraum viele tausend Jahre, während sich im Labor die Komplexe in den Heliumtröpfchen in wenigen Millisekunden bilden.
Die Synthese neuer Moleküle in solchen kalten Komplexen durch den Beschuss mit Elektronen, Photonen oder Ionen wird in Innsbruck im Detail untersucht und liefert so wertvolle Erkenntnisse über die entsprechenden Prozesse in interstellaren Wolken. Die nun ausgewerteten Massenspektren zeigen, dass die Kohlenstoffatome mit einer Schicht von Wasserstoffmolekülen bedeckt sind. „Auf jedem Kohlenstoffring an der Oberfläche der Fullerene scheint je ein Wasserstoffmolekül aus zwei Atomen zu sitzen“, sagt Scheier.
Geburtshelfer des Lebens?
Die nun in der Fachzeitschrift „Astrophysical Journal Letters“ veröffentlichten Ergebnisse haben große Bedeutung für die Forschung. Denn diese Kohlenstoffverbindungen sind wichtige Mitspieler in zahlreichen chemischen und physikalischen Prozessen. Zum Beispiel könnten sie in interstellaren Wolken bei der Entstehung komplexer Biomoleküle, den Bausteinen des Lebens, als Katalysator eine bedeutende Rolle gespielt haben, so die Forscher.
(Universität Innsbruck, 05.09.2011 – DLO)
