Ein internationales Astronomenteam hat mit Hilfe des von der Europäischen Südsternwarte in Chile betriebenen APEX-Teleskopes erstmals Wasserstoffperoxidmoleküle im interstellaren Raum nachweisen können. Die Entdeckung gelang im Bereich eines Sternentstehungsgebietes in der Umgebung des Sterns Rho Ophiuchi.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESO, Max-Planck-Institut für Radioastronomie. Vertont von Peter Rittinger.
(Bild: ESO, S. Guisard)
Wasserstoffperoxid ist eine den Chemikern sehr gut vertraute Substanz. Es handelt sich um eine blassblaue, in verdünnter Form farblose und weitgehend stabile Verbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff, welche aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften im industriellen Bereich als Bleich- und Desinfektionsmittel eingesetzt wird. Es spielt aber auch eine entscheidende Rolle bei den chemischen Reaktionen von Wasser und Ozon in der irdischen Atmosphäre.
Durch die Entdeckung der Astronomen hat diese aseptisch wirkende Verbindung jetzt auch Einzug in eine ganze Reihe von Molekülen gefunden, welche nicht nur auf der Erde, sondern auch im Weltall nachgewiesen werden konnten. Damit konnte auch erstmals ein Anhaltspunkt für die chemische Kopplung zwischen zwei Stoffen gefunden werden, welche essentiell für die Entstehung von Leben im Universum sind, nämlich Wasser und Sauerstoff.
Der Nachweis des Wasserstoffperoxids gelang einem internationalen Astronomenteam, welches für seine Beobachtungen das “Atacama Pathfinder Experiment”-Teleskop APEX eingesetzt hat. Dieses Radioteleskop mit einem Reflektordurchmesser von 12 Metern ist ein Gemeinschaftsprojekt des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn, des Onsala Space Observatory (OSO) in Schweden und der Europäischen Südsternwarte (ESO), welche das APEX betreibt. Es befindet sich auf der rund 5.100 Meter über dem Meeresspiegel gelegenen Hochebene Chajnantor in der Atacamawüste in den chilenischen Anden.
Die Astronomen haben das Teleskop dazu genutzt, um eine Himmelsregion nahe des etwa 400 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernten und im Sternbild Schlangenträger gelegenen Sterns Rho Ophiuchi zu untersuchen. In der unmittelbaren Umgebung von Rho Ophiuchi befinden sich dichte Wolken aus kühlem Gas und Staub, welche Temperaturen von rund minus 250 Grad Celsius aufweisen und in denen sich neue Sterne bilden. Solche Regionen sind in der Astronomie auch als Sternentstehungsgebiete bekannt.
Die Gaswolken setzen sich größtenteils aus molekularem Wasserstoff zusammen. Sie enthalten aber auch Spuren von anderen Molekülen und stellen somit ein ideales Beobachtungsziel für Astronomen dar, die auf der Suche nach bestimmten chemischen Verbindungen im interstellaren Raum sind. Teleskope wie APEX, welche nicht im sichtbaren Licht arbeiten, sondern vielmehr die Strahlung im Millimeter- und Submillimeterwellen registrieren, sind bestens dazu geeignet, um die charakteristischen Signale der verschiedensten Molekülsorten nachzuweisen. Im Rahmen ihrer Untersuchung der Gaswolken um Rho Ophiuchi gelang den Astronomen jetzt der Nachweis von Submillimeterwellen, welche die charakteristischen Signatur von Wasserstoffperoxid aufweisen.
(Bild: ESO, IAU, Sky & Telescope)
“Die Entdeckung des Wasserstoffperoxid-Signals mit dem APEX-Teleskop stellte für uns ein erfreuliches Ereignis dar. Wir wussten zwar aufgrund von Laborexperimenten, bei welchen Wellenlängen wir danach suchen mussten, aber die Wolken enthalten nur ein einziges Wasserstoffperoxidmolekül auf 10 Milliarden Wasserstoffmoleküle. Ein Nachweis solch geringer Mengen erfordert äußerst präzise Messungen”, erläutert Per Bergman, Astronom am schwedischen Onsala Space Observatory, die damit verbundenen Herausforderungen. Per Bergman ist der Erstautor der entsprechenden Studie, welche am 20. Juni 2011 unter dem Titel “Detection of interstellar hydrogen peroxide” in der Fachzeitschrift “Astronomy & Astrophysics” publiziert wurde.
Wasserstoffperoxid spielt eine entscheidende Rolle bei der Beantwortung der Frage, wie sich Wasser – die Grundlage für Leben, wie wir es kennen und definieren – in den Tiefen des Weltalls bilden kann. Auch der größte Teil des Wassers, welches sich heutzutage auf der Erde findet, dürfte sich ursprünglich im Weltraum gebildet haben und wurde erst nach der Entstehung der Erde durch Kometenimpakte auf der Planetenoberfläche angesammelt.
Die Entdeckung von Wasserstoffperoxid könnte den Astronomen zudem bei der Lösung des Rätsels helfen, warum Sauerstoffmoleküle im Weltraum nur sehr schwer nachzuweisen sind. Kosmische Sauerstoffmoleküle konnten erstmals im Jahr 2007 mithilfe des Satelliten Odin nachgewiesen werden.
Laut aktueller Entstehungsmodelle bildet sich Wasser in mehreren Schritten. In einem ersten Schritt, so die gängige Theorie der Wissenschaftler, erfolgt auf den Oberflächen von kosmischen Staubkörnern zuerst eine Ablagerung von Sauerstoffmolekülen, zu denen sich atomarer Wasserstoff hinzufügt. Aus diesen beiden Bestandteilen geht das Wasserstoffperoxid hervor. Eine weitere chemische Reaktion des Wasserstoffperoxids mit weiterem Wasserstoff kann dann zur Bildung von Wasser führen. Der aktuelle erfolgte Nachweis von Wasserstoffperoxid in der Umgebung von Rho Ophiuchi bestätigt einen zentralen Aspekt dieses Entstehungsmodells und trägt so zu einem besseren Verständnis der Entstehung von Wasser im Universum bei.
“Wir können im Moment immer noch nicht sagen, wie sich einige der wichtigsten von der Erde her bekannten chemischen Verbindungen im Weltraum bilden. Unsere Entdeckung von Wasserstoffperoxid weist jedoch darauf hin, dass das Vorhandensein von Staubpartikeln dabei einen entscheidenden Faktor darstellt”, so Bérengère Parise, die Leiterin der Emmy-Noether-Forschungsgruppe für Sternentstehung und Astrochemie am Max-Planck-Institut für Radioastronomie und Koautorin der Publikation.
Um zu entschlüsseln, wie die Prozesse der für die Entstehung von Leben so wichtigen chemischen Bausteine miteinander zusammenhängen, sind weiterführende Beobachtungen der Gas- und Staubwolken um Rho Ophiuchi und weiterer Sternentstehungsgebiete erforderlich. Eines der Teleskope, welches die Astronomen dabei einsetzen wollen, ist das “Atacama Large Millimetre Array”-Teleskop der ESO (ALMA), welches gegenwärtig auf der auf der Chajnantorebene errichtet wird und das seinen wissenschaftlichen Betrieb im Jahr 2012 aufnehmen soll. Außerdem sind für die koeekte Interpretation der Daten zusätzliche chemische Analysen in irdischen Laboratorien notwendig.
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