Alkohol im All: Astronomen haben erstmals das organische Molekül Isopropanol im All nachgewiesen. Dieser größte Alkohol, der jemals im Weltraum entdeckt wurde, befindet sich in einer Wolke aus kaltem Gas nahe dem Zentrum der Milchstraße, wo er in zwei strukturellen Varianten existiert, wie das Team anhand von Daten des Radioobservatoriums ALMA herausfand. Diese organischen Moleküle bilden sich vermutlich in der Eiskruste interstellarer Staubkörner.
Ob Bausteine der DNA, Peptide, Fullerene oder aromatische Kohlenwasserstoffe: Komplexe organische Moleküle gibt es nicht nur auf der Erde oder anderen Planeten, sondern auch im Weltall in Hülle und Fülle. Vor allem in kalten Gaswolken in Sternwiegen oder interstellaren Staubkörnern finden auch bei geringem Licht und kalten Temperaturen chemische Reaktionen statt, die zu immer größeren und komplexeren Molekülen führen. Die entscheidenden konstruktiven Elemente des irdischen Lebens könnten aus dem All stammen.
Die Radioteleskope des ALMA-Observatoriums eignen sich sehr gut, um komplexere organische Moleküle im Weltraum aufzuspüren. © Y. Beletsky (LCO) / ESO
Menschliche Isopropanol-Jagd im Weltraum
Jetzt haben Astronomen eine weitere Variante eines organischen Moleküls im Weltraum entdeckt: Isopropanol. Dieser Alkohol hat ein Kohlenstoffatom mehr als Ethanol und wird hauptsächlich als Lösungs- und Reinigungsmittel verwendet. Isopropanol wird unter anderem auch während der Corona-Pandemie zur Desinfektion eingesetzt. Arnaud Belloche vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und Kollegen haben mit dem Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) in Chile untersucht, ob dieser Alkohol auch im Weltraum existiert.
Die Radioteleskope dieses Observatoriums eignen sich aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit, hohen Winkelauflösung und breiten Frequenzabdeckung besonders für den Nachweis komplexerer Moleküle. „Je größer das Molekül ist, desto mehr Spektrallinien sendet es bei unterschiedlichen Frequenzen aus“, erklärt Co-Autor Holger Müller von der Universität zu Köln. Außerdem überlappen sich in kalten, dichten Molekülwolken die Spektren verschiedener Moleküle, was ihre Identifizierung zusätzlich erschwert.
Der größte Alkohol, der jemals im Weltraum entdeckt wurde
Für ihre Studie richteten Astronomen die ALMA-Antennen in die Molekülwolke Sagittarius B2 nahe dem galaktischen Zentrum der Milchstraße. In dieser Wiege wurden bereits organische Moleküle wie Propylenoxid, Propylcyanid oder Ethanol nachgewiesen. „Propanol steht schon lange auf unserer Liste der zu ortenden Moleküle“, erklärt Müllers Kollege Oliver Zingsheim. Aber erst präzise Laboranalysen der typischen spektralen Eigenschaften dieses Moleküls machten die Forschung möglich.
Mit Erfolg: In der Verschränkung unzähliger Spektrallinien identifizierten die Forscher nicht nur die Methanol- und Ethanol-Signaturen, sondern auch sieben Linien, die sich eindeutig Isopropanol zuordnen lassen. „Soweit wir wissen, ist dies der erste interstellare Nachweis dieses Moleküls“, berichten Belloche und Kollegen. Es ist auch der größte Alkohol, der jemals im Weltraum gefunden wurde.
Den Daten zufolge beträgt die Dichte von Isopropanol im untersuchten Abschnitt der Gaswolke etwa 130 Billionen Moleküle pro Quadratzentimeter und ist damit 30-mal geringer als die von interstellarem Ethanol.
Intelllellare Pulverkorn-Eiskruste als “chemische Fabrik”
Neben Isopropanol konnten Astronomen auch die spektrale Signatur von “normalem” Propanol nachweisen. In diesem Molekül befindet sich die -OH-Gruppe im ersten Kohlenstoffatom statt im zweiten, mittleren. „Der Nachweis beider Propanol-Isomere ist von einzigartiger Bedeutung für die Bestimmung des Bildungsmechanismus der beiden Isomere“, erklärt Co-Autor Rob Garrod von der University of Virginia.
In der interstellaren Wolke kommen beide Propanol-Varianten im Verhältnis 60:40 vor, wie die Forscher ermittelten. Mit Hilfe eines Modells konnten sie die Bildung von Isopropanol aus den Beobachtungsdaten rekonstruieren. Folglich bildet sich in der Eisschicht interstellarer Staubkörner Alkohol. Wenn das Eis zu sublimieren beginnt, kommen die im Eis eingeschlossenen organischen Vorläufersubstanzen miteinander in Kontakt. Dabei kommt es zu einer Reaktion der OH-Radikale mit Propylen und Propanolen.
Es gibt so viel mehr da draußen
Wie Astronomen erklären, wurde jedoch nur ein Teil der Moleküle und komplexen chemischen Reaktionen in interstellaren Gaswolken entschlüsselt. „Es gibt noch viele unidentifizierte Linien im ALMA-Spektrum von Sgr B2 und daher viel Arbeit, um die chemische Zusammensetzung dieser wichtigen Quelle aufzuklären“, erklärt Erstautor Karl Menten vom MPI für Radioastronomie.
„In naher Zukunft wird uns die Erweiterung der ALMA-Instrumentierung auf niedrigere Frequenzen wahrscheinlich helfen, die Verwirrung im Spektrum weiter zu reduzieren und möglicherweise mehr organische Moleküle in Sgr B2 zu identifizieren“, fährt der Astronom fort. (Astronomie und Astrophysik, 2022; doi: 10.1051 / 0004-6361 / 202243575)
Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie
29. Juni 2022
– Nadja Podbregar