21/01/2014 - CSIC-Forscher können das Vorhandensein großer Kohlenstoffmoleküle im Weltraum erklären

Menéame

Ein multidisziplinäres Team unter der Leitung von Forschern aus dem Oberster Rat für wissenschaftliche Forschung (CSIC) hat einen neuen Mechanismus entdeckt, der das Vorhandensein von Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH nach der englischen Abkürzung) im Weltraum.

Die Ergebnisse der Arbeit, die astronomische Beobachtungen mit fortgeschrittenen Nanotechnologien verbindet, werden in der letzten Ausgabe des Magazins veröffentlicht. Nature Communications.

PAH sind große Kohlenstoffmoleküle, die durch die Ansammlung kleinerer Kohlenwasserstoffe entstehen. Auf der Erde kann man sie in fossilen Brennstoffen wie Öl und Kohle sowie in Produkten finden, die bei ihrer Verbrennung anfallen. Verschiedene wissenschaftliche Theorien behaupten, dass diese Moleküle der Schlüssel zum Verständnis des Ursprungs des Lebens auf der Erde sind.

Der Forscher des CSIC José Cernicharo, der im Zentrum für Astrobiologie arbeitet (gemischtes Zentrum von CSIC und INTA), erklärt: "Die PAH besitzen ein charakteristisches Infrarotspektrum, das ihre Entdeckung in der interstellaren Umgebung ermöglichte. Obwohl sie routinemäßig außerhalb der Erde entdeckt wurden, bleiben sowohl ihre Bildung als auch ihre enorme Fülle im Weltraum ein Geheimnis."

Die Umgebungsbedingungen wiedergeben

In hochvakuierten Maschinen haben Wissenschaftler Experimente durchgeführt, bei denen die Bedingungen der Weltraumumgebung reproduziert wurden. Der gesamte Prozess wurde mit leistungsstarken Tunneleffektmikroskopen und Oberflächenanalysetechniken in Kombination mit Computermodellen charakterisiert.

Die Arbeit zeigt, dass es möglich ist, zu produzieren PAHs effizient durch Interaktion von Atomwasserstoff mit Staubkörnern aus Siliziumcarbid. Diese Kornarten, die im Weltraum so reichlich vorhanden sind, bilden sich in der Nähe der runden Hüllen roter Riesensterne, insbesondere in einem Abstand von 1 bis 5 Sternradien (ein Bereich, der in der Größe der Umlaufbahn von Jupiter vergleichbar ist), bei einer Temperatur von etwa zwischen 1.800 und 2.500 °C

Die hohen Temperaturen führen dazu, dass der Kohlenstoff der Staubkörner auf der Oberfläche von Siliziumcarbid in Grafenschichten organisiert wird. Die intensive Strahlung des Sterns schiebt die Staubkörner in die kälteren äußeren Bereiche des Umkleideraums in einem Abstand von 5 bis 20 Sternradien, wo die Temperatur etwa 600 bis 1.200 °C beträgt.

"Unsere Experimente zeigen, dass Atomwasserstoff auf der Oberfläche von Staubkörnern wirkt, indem er Teile der äußeren Graphschicht herausreißt und PAK oder kleinere molekulare Arten freisetzt, die unter ähnlichen Bedingungen wie in der Nähe von roten Riesensternen in den Weltraum geworfen werden," so José Angel Martin-Gago, Forscher des CSIC am Institut für Materialwissenschaft in Madrid.

"Die gute Vereinbarung zwischen Laborversuchen und der Analyse von Astrophysikdaten zeigt, dass Oberflächenwissenschaft die Tür öffnet, um andere Prozesse zu erforschen und zu modellieren, die mit Staubpartikeln aus dem interstellaren Medium verbunden sind," betont Cernicharo.

Die Studie ist im Rahmen der Nanokosmos-Projekt (Gas and Dust from the Stars to the Laboratory: Explosion the NANOCOSMOS), die vom Europäischen Forschungsrat (ERC) mit 15 Mio. EUR für einen Zeitraum von sechs Jahren im Rahmen des Programms Synergy Grant finanziert wurde. Die Initiative wird versuchen, herauszufinden, wie sich Nanopartikel bilden, die interstellare Staubkörner bilden, und welche grundlegenden Prozesse zur chemischen Komplexität sowohl auf der Erde als auch im Weltraum führen.  

Ref.

P. Merino, M. Svec, J.I. Martinez, P. Jelinek, P. Lacovig, M. Dalmiglio, S. Lizcit, P. Soukiassian J. Cernicharo und J.A. Martin-Gago. Graphene etching on SiC grains as a path to interstellar polycyclic aromatic hydrocarbons Formation. Nature Communications. DOI: 10.1038/ncomms4054.

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CSIC

Bild: Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (Wikipedia)

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