Teerähnliche Riesenmoleküle im Sternenstaub

News: Teerähnliche Riesenmoleküle im Sternenstaub

Das Ergebnis der ersten Direkt-Analyse von interstellaren Staubteilchen mit einem Massenspektrometer auf der Raumsonde Stardust war durchaus verblüffend: Die kosmischen Partikel bestehen größtenteils aus organischen Riesenmolekülen. Die so genannten polymeren heterozyklischen Aromaten ähneln eher teerartigen Massen als kristallinen Körpern. Somit befinden sich in weiten Teilen des Weltalls organische Moleküle, die eventuell beim Beginn des Lebens auf der Erde eine Rolle gespielt haben.

Vorerst fünf Teilchen des interstellaren Staubs haben die Garchinger Wissenschaftler Franz R. Krueger und Jochen Kissel mit ihrem Staubeinschlags-Massenspektrometer CIDA (Cometary and Interstellar Dust Analyzer) an Bord der amerikanischen Raumsonde Stardust gemessen. Sie befindet sich seit Anfang Februar 1999 auf dem Weg zum Kometen Wild-2.

Um den Kometen zu erreichen, umrundet Stardust insgesamt dreimal die Sonne. Beim nahen Vorbeiflug an Wild-2 im Januar 2004 soll die Raumsonde Kometenstaub einsammeln und, in einer Kapsel verpackt, Mitte Januar 2006 zur Erde zurückbringen. Auf seiner insgesamt sieben Jahre dauernden Reise fliegt das Raumfahrzeug mehrfach auch dem erst kürzlich entdeckten, interstellaren Staubstrom entgegen. Er kommt aus der Milchstraße und durchquert unser Sonnensystem mit großer Geschwindigkeit. Die erste, von Februar bis Dezember 1999 dauernde Meßperiode, hat jetzt das außergewöhnliche Ergebnis gebracht (Sterne und Weltraum vom Mai 2000).

Während dieser Zeit war Stardust knapp 240 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, als am 22. April 1999 das erste interstellare Staubteilchen in das Flugzeit-Massenspektrometer CIDA einschlug. Zuvor war das Meßgerät so ausgerichtet worden, daß es nur Partikel erfassen kann, die aus einem bestimmten Raumwinkel kommen: So konnten die Wissenschaftler sicher sein, tatsächlich interstellaren Staub zu messen – und nicht etwa die in jenem Gebiet weitaus häufigeren, interplanetaren Staubteilchen unseres Sonnensystems.

Beim Aufprall mit ungefähr 30 Kilometern pro Sekunde Geschwindigkeit verdampfen die interstellaren Staubteilchen sofort und werden in ihre molekularen Bruchstücke zerlegt. Ein Teil davon ist elektrisch positiv oder negativ geladen. Mit seinem elektrischen Feld saugt CIDA die positiven Ionen in sein Inneres zum Detektor. Diese etwa 1,5 Meter lange Flugstrecke legen die leichteren Bruchstücke schneller zurück als die schwereren Bestandteile und können damit nach ihren unterschiedlichen Massen sortiert und registriert werden. Nach maximal 200 Millionstel Sekunden entsteht so ein vollständiges Massenspektrum, das die Raumsonde zur Erde funkt.

"Die Größe der jetzt von CIDA gemessenen molekularen Bruchstücke mit bis zu 2000 Masseneinheiten – zum Vergleich: Wassermoleküle haben 18 Masseneinheiten – hat uns völlig überrascht, ebenso, dass mineralische Bestandteile, wie etwa Silikate, offenbar fehlen", erläutert Kissel vom Garchinger Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. "Nur organische Moleküle können derartige Größen erreichen." Die größten, bisher im interstellaren Raum nachgewiesenen Moleküle, so genannte polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), haben lediglich bis zu einigen hundert Masseneinheiten.

Die Formen der mit CIDA gemessenen Spektren zeigen im Detail, daß die Moleküle des interstellaren Staubs zusätzlich etwa zehn Prozent Stickstoff und/oder Sauerstoff enthalten müssen. Damit steht fest: Es können keine zweidimensionalen PAK sein, sondern in alle drei Raumrichtungen orientierte Strukturen.

Solche dreidimensionalen Gebilde können sich miteinander vernetzen und somit eine thermische Stabilität erreichen, die notwendig ist, um in der Wärme des inneren Sonnensystems – im Vakuum bei 20 bis 80 Grad Celsius – zu überleben. "Die jetzt mit CIDA in interstellaren Staubteilchen aufgespürten organischen Bestandteile stellen eine weitere Sorte von reaktionsfreudigen Molekülen ähnlich jenen dar, die wir im Staub des Halleyschen Kometen gefunden haben", meint Kissel. "Beim Zusammentreffen mit flüssigem Wasser auf der noch jungen Erde könnten sie die Chemie in Gang gesetzt haben, die Voraussetzung für das Entstehen des Lebens war."

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 11.2.2000
"Kohlenstoff im Weltall"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum der Wissenschaft 4/00, Seite 64
"Urzeugung aus Kometenstaub?"

Die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) ist eine vorwiegend von Bund und Ländern finanzierte Einrichtung der Grundlagenforschung. Sie betreibt rund achtzig Max-Planck-Institute.