Kosmischer Kohlenstoff im Labor nachgebaut

News: Kosmischer Kohlenstoff im Labor nachgebaut

Weltweit erstmals ist es Astrophysikern der Friedrich-Schiller-Universität gelungen, amorphe Kohlenstäube nach dem Vorbild kosmischer Kohlenstoff-Partikel im Labor nachzubauen. Diese Staubpartikel kommen im Weltall in riesigen Gaswolken vor und werden von den Wissenschaftlern als wichtigste ,Geburtshelfer' bei der Entstehung neuer Sterne und Planeten angesehen.

Um diese Prozesse im Detail verstehen zu können, müssen die kosmischen Staubteilchen – vor allem Kohlenstoff- und Silikatstäube – analysiert werden. Auf der Erde gibt es jedoch keine natürlichen Vorkommen solcher Partikel.

"Es ist ja schlicht unmöglich, daß wir Lichtjahre weit rausfahren und diese Stäube im Weltall einsammeln", beklagt Dr. Johann Dorschner ein Grundproblem seiner Forschungen, "aber wir können mit nachgebauten Stäuben experimentieren." Dazu gelang den Jenaer Astrophysikern mit dem Nachbau der bislang rätselhaften Kohlenstoff-Partikel ein wichtiger Schritt. Das erfolgreiche Projekt "Matrixisolations-Spektroskopie nichtagglomerierter Teilchen" hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft drei Jahre lang mit insgesamt 120.000 Mark gefördert. Die experimentellen Arbeiten führte der Doktorand Martin Schnaiter aus; wissenschaftlich betreut wurde er von Dr. Harald Mutschke und Dr. Johann Dorschner.

Kohlenstoff ist im interstellaren Raum nach Wasserstoff, Helium und Sauerstoff das häufigste Element. Außer den – auch auf der Erde geläufigen – kristallinen Formen Graphit und Diamant bildet der Kohlenstoff hauptsächlich mannigfaltige amorphe Strukturen, die mit dem Ruß verwandt sind. Das leiten die Forscher zumindest aus den astronomisch beobachteten Spektren der kosmischen Stäube ab.

Die Partikel, die nun in der Jenaer Laborsimulation nachgebaut und für wissenschaftliche Untersuchungen isoliert wurden, erzeugen beinahe exakt dieselben spektroskopischen Meßkurven wie der Weltraumstaub. Für ihre Herstellung wurde eigens eine Apparatur entwickelt und in den Werkstätten der Physikalisch-Astronomischen Fakultät gebaut. Unter Vakuumbedingungen werden darin mittels Molekularstrahltechnik 10 bis 100 milliardstel Meter kleine Kohlenstoff-Partikel auf einer minus 260 Grad Celsius ultratiefgekühlten Fläche kondensiert. Wichtig für die Untersuchung der Partikel ist, daß sie in nicht verklumptem Zustand in Argon-Eis isoliert werden – so wie sie im Kosmos vorkommen.

Entscheidend für die identischen Absorptionsbanden ist ein experimentell ermittelter Anteil an Wasserstoffatomen, die in die Partikel mit eingebaut werden. Diese Laborergebnisse sind nicht nur für unsere Vorstellung von den interstellaren Stäuben und die Sternentstehung bedeutsam, sondern sie helfen auch ganz irdische Probleme lösen, etwa in der Umweltanalytik und in der Rußforschung.