Weltraumchemie: Kollidierende Staubkörner erzeugen komplexe Kohlenstoff-Moleküle

Astronomen entdecken Fullerene und Hinweise auf Graphen in planetarischen Nebeln

Fullerenen und Graphen
Fullerenen und Graphen

Tucson (USA - Planetarische Nebel in den Magellanschen Wolken enthalten kugelförmige Moleküle aus bis zu 70 Kohlenstoff-Atomen, sogenannte Fullerene. Das berichtet ein internationales Forscherteam im Fachblatt "Astrophysikal Journal". Außerdem entdeckten die Astronomen in der Strahlung der Nebel erstmalig Hinweise auf Graphen, einlagige Schichten aus Kohlenstoff-Atomen. Die Astronomen vermuten, dass die komplexen Kohlenstoff-Moleküle beim Zusammenstoß von Staubkörnchen in den Planetarischen Nebeln entstehen. Die Entdeckung zeige, wie komplex die Chemie im Weltall ist, und könne dabei helfen, auch die Biochemie des Lebens besser zu verstehen, so die Wissenschaftler.

"Wir hoffen, bei Nachfolge-Beobachtungen weitere Moleküle in den Nebeln zu finden, in denen wir die Fullerene entdeckt haben", erklärt Richard Shaw vom National Optical Astronomy Observatory in Tucson im US-Bundesstaat Arizona. Eine Analyse der Häufigkeiten unterschiedlicher Moleküle könne dann "dabei helfen, physikalische Prozesse zu testen, die eine wichtige Rolle bei der Biochemie des Lebens spielen." Komplexe Kohlenstoff-Moleküle verraten sich vor allem durch ihre charakteristische Strahlung im Infrarotbereich. Deshalb haben Shaw und seine Kollegen aus den USA, Spanien und Italien die Planetarischen Nebel in den Magellanschen Wolken mit dem Infrarot-Weltraumteleskop Spitzer beobachtet.

Sterne wie unsere Sonne blähen sich am Ende ihres Lebens zu roten Riesensternen auf und stoßen dabei einen Teil ihrer Außenschichten ins All ab. Das ausgestoßene Gas bildet dann eine leuchtende Gaswolke um den alternden Stern, einen Planetarischen Nebel. Die Nebel enthalten aber nicht nur Gas, sondern auch kohlenstoffhaltigen Staub. Von den alternden Sternen abströmendes Gas führt zur Bildung von Stoßwellen in den Nebeln, in denen dann Staubkörnchen mit hoher Geschwindigkeit zusammenstoßen können. Bei diesen Kollisionen kann der Kohlenstoff verdampfen und komplexe, geordnete Moleküle wie Fullerene und Graphen bilden, argumentieren Shaw und seine Kollegen.

Die Magellanschen Wolken sind kleine Satelliten-Galaxien, die um unsere Milchstraße kreisen. Im Gegensatz zu Planetarischen Nebeln in der Milchstraße erlaubt die Zugehörigkeit zu diesen Satellitengalaxien eine relativ genaue Bestimmung der Entfernung der Nebel - und die Kenntnis der Entfernung wiederum ermöglicht eine bessere Interpretation der Strahlungsdaten. Shaw und seine Kollegen konnten in insgesamt zehn Planetarischen Nebeln in den Magellanschen Wolken Fullerene aus 60 und 70 Kohlenstoff-Atomen nachweisen. Zudem fanden die Forscher ungewöhnliche Emissionen im Infrarotbereich, die sie als Strahlung von Graphenschichten aus 24 Atomen interpretieren. Ein endgültiger Beweis durch einen Vergleich mit Labormessungen ist hier allerdings - im Gegensatz zu den Fullerenen - bislang technisch nicht möglich. Graphen konnte erstmals 2004 im Labor künstlich hergestellt werden.