Astronomen entdecken organische Substanz im inters...

Die Antennen des ALMA-Observatoriums in Chile vor dem Hintergrund der Zentralregion der Milchstraße. Die Position des Galaktischen Zentrums am Himmel liegt auf halbem Weg zwischen Antares, dem hellsten Stern auf dem Bild, und der Spitze einer der ALMA-Antennen im Vordergrund (der zweiten von rechts). | Copyright: Y. Beletsky (LCO)/ESO

Bonn (Deutschland) - Innerhalb einer gewaltigen Gaswolke haben Astronomen im interstellaren Raum zwischen den Sternen ein kohlenstoffhaltiges Molekül mit "verzweigter" Struktur gefunden. Die Substanz unterscheidet damit von allen bislang im tiefen All entdeckten Molekülen und ist ein Indiz für die Existenz dortiger Aminosäuren, bei denen eine solch verzweigte Struktur eine Schlüsselgröße darstellt und wie sie die Grundlage zumindest des irdischen Lebens sind.

Wie die Forscher um Arnaud Belloche vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, Robin Garrod von der Cornell University und Holger Müller von der Universität zu Köln aktuell im Fachjournal "Science" (DOI: 10.1126/science.1256678) berichten, wurde das Molekül mit der Bezeichnung iso-Propylcyanid (i-C3H7CN), in einer riesigen Gaswolke mit der Bezeichnung Sagittarius B2 gefunden, einem Gebiet mit heftiger Sternentstehung in unmittelbarer Nähe zum Zentrum unserer Milchstraße, das ein bevorzugtes Revier für Astronomen auf der Jagd NACH neuen Molekülen darstellt.

Die verzweigte Struktur der Kohlenstoffatome in dem Molekül iso-Propylcyanid unterscheidet es von allen anderen Molekülen, die bisher im interstellaren Raum entdeckt werden konnten und zu denen auch das bereits früher identifizierte Schwestermolekül normal-Propylcyanid gehört. Die Entdeckung von iso-Propylcyanid, so erläutert die Pressemitteilung der Max-Planck-Gesellschaft (mpg.de) erweitert die Grenzen der Chemie von Sternentstehungsgebieten und ist ein Indiz für die Existenz von Aminosäuren, bei denen eine solch verzweigte Struktur eine Schlüsselgröße darstellt.

Tatsächlich wurden zwar schon eine ganze Reihe von unterschiedlichen Molekülen im Weltraum entdeckt. Dabei treten wasserstoffreiche und kohlenstoffhaltige (organische) Moleküle, wie sie für die Existenz von Leben auf der Erde unverzichtbar sind, bevorzugt in Gaswolken auf, in denen neue Sterne entstehen. "Es ist sehr wichtig für uns, zu verstehen, wie organische Moleküle sich bereits in frühen Phasen der Sternentstehung in diesen Gaswolken bilden", erläutert Belloche und führt weiter aus: "Damit sind wir in der Lage, die einzelnen Phasen von der Entstehung von einfachen Molekülen zu möglicherweise Leben tragender Chemie zusammenzufügen."

Bis jetzt hatten alle organischen Moleküle, die in Sternentstehungsregionen entdeckt werden konnten, etwas gemeinsam: sie setzen sich jeweils aus einem "Rückgrat" von Kohlenstoffatomen zusammen, die entlang einer mehr oder weniger geraden Kette angeordnet sind. Das nun neu entdeckte iso-Propylcyanid-Molekül unterscheidet sich davon insofern einzigartig, als das die Anordnung seiner Kohlenstoffatome eine Verzweigung mit einem zusätzlichen Ast aufweist. "Es ist das erste Mal überhaupt, dass solch ein Molekül mit verzweigtem Rückgrat aus Kohlenstoff im interstellaren Raum gefunden werden konnte", sagt Müller.

Staub und Moleküle in der Zentralregion unserer Milchstraße. Das Hintergrundbild zeigt die Verteilung des Staubs in einer Kombination von Beobachtungsdaten des APEX-Teleskops und des Satellitenobservatoriums Planck bei einer Wellenlänge von ca. 860 Mikrometern. Das organische Molekül iso-Propylcyanid mit einem verzweigten Kohlenstoffgerüst (i-C3H7CN, links) sowie normal-Propylcyanid (n-C3H7CN, rechts), sein Isomer mit kettenförmigem Kohlenstoffgerüst, wurden beide mit ALMA, dem "Atacama Large Millimeter/submillimeter Array", im Sternentstehungsgebiet Sgr B2 entdeckt, nur ca. 300 Lichtjahre entfernt von Sgr A*, dem Zentralobjekt unserer Milchstraße. | Copyright: MPIfR/A. Weiß (Hintergrundbild), Universität zu Köln/M. Koerber (Molekülmodelle), MPIfR/A. Belloche (Montage)

Doch es ist nicht nur die neuartige Struktur des Moleküls, die selbst die Forscher überraschte. Das Molekül TRITT auch beinahe halb so häufig auf wie sein unverzweigtes Schwestermolekül, normal-Propylcyanid (n-C3H7CN), das von diesem Forschungsteam bereits vor einigen Jahren entdeckt wurde. "Die enorme Häufigkeit von iso-Propylcyanid lässt vermuten, dass verzweigte Moleküle in der Tat die Regel und nicht etwa die Ausnahme bei Molekülen im interstellaren Raum darstellen könnten", kommentiert Garrod.

Die Gaswolke Sagittarius B2 (Sgr B2) befindet sich in unmittelbarer Nähe zum Zentrum unserer Milchstraße in ca. 27.000 Lichtjahren Entfernung von der Sonne und stellt eine einzigartig reichhaltige Fundgrube bei der Suche NACH komplexen interstellaren Molekülen dar. "Durch die Leistungsfähigkeit der Atacama Large Millimeter/submillimeter Array” (ALMA) an der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile waren wir in der Lage, eine komplette spektrale Durchmusterung in Richtung von Sagittarius B2 im Wellenlängenbereich zwischen 2,7 und 3,6 mm durchzuführen", erklärt Arnaud Belloche. "Dabei waren Empfindlichkeit und räumliche Auflösung 10mal besser als in unseren vorhergehenden Durchmusterungen. Und wir haben nur ein Zehntel der Zeit dafür gebraucht."

Die Forschergruppe hat mit Computermodellen die chemischen Vorgänge bei der Entstehung der in Sgr B2 gefundenen Moleküle simuliert. Ähnlich wie eine ganze Reihe weiterer komplexer organischer Moleküle bilden sich beide Arten von Propylcyanid sehr effektiv auf den Oberflächen von interstellaren Staubkörnern.

Die Modelle zeigen aber auch, dass bei Molekülen, die groß genug dazu sind, verzweigte Strukturen zu bilden, diese Struktur sogar die vorherrschenden Formen sein könnten. Der Nachweis des nächsten MITGLIEDS der Alkylcyanid-Serie, n-Butylcyanid (n-C4H9CN), mit sogar drei unterschiedlich verzweigten Isomeren, würde möglich, diese Annahme zu testen."

"Die in Meteoriten gefundenen Aminosäuren haben eine Zusammensetzung, die darauf schließen lässt, dass sie im interstellaren Medium entstanden sind", fügt Belloche erläuternd hinzu. "Obwohl noch keine Aminosäure direkt im interstellaren Raum nachgewiesen werden konnte, dürfte die interstellare Chemie zur Erzeugung einer großen Zahl von komplexen Molekülen beigetragen haben, die schließlich ihren Weg auf die Oberfläche von Planeten gefunden haben."

"Die Entdeckung von iso-Propylcyanid zeigt uns, dass Aminosäuren tatsächlich im interstellaren Medium vorkommen dürften, da die verzweigte Struktur ein Schlüsselmerkmal für diese Art von Molekülen darstellt", erklärt Karl Menten, Direktor und Leiter der Forschungsabteilung Millimeter- und Submillimeterastronomie am MPIfR in Bonn abschließend: "Aminosäuren wurden bereits in Meteoriten gefunden und wir hoffen, dass wir sie bald auch im interstellaren Medium nachweisen können."

Quelle: mpg.de