Das einfachste Molekül des Universums

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Bildquelle: NASA

In einer etwa 3000 Lichtjahre entfernten Gaswolke gibt es Heliumhydrid. Das zeigen extrem genaue Spektren, die ein internationales Forscherteam mithilfe des fliegenden Observatoriums SOFIA von dem Planetarischen Nebel aufgenommen hat. Das Ion Heliumhydrid ist das einfachste Molekül im Universum – es besteht aus einem Helium-Atom und einem Proton, also dem Kern eines Wasserstoff-Atoms. Obwohl Heliumhydrid vermutlich eine wichtige Rolle im jungen Kosmos gespielt hat, war die Suche nach dem Molekül jahrzehntelang erfolglos verlaufen – und hatte deshalb Zweifel an der Korrektheit der Theorie geweckt. Diese Zweifel konnten mit den SOFIA-.Beobachtungen nun endlich ausgeräumt werden, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

 

„Die Chemie im Universum begann mit Heliumhydrid. Das Fehlen eines Nachweises dieses Moleküls im interstellaren Raum hat die Astronomie seit langem vor ein Dilemma gestellt“, sagt Rolf Güsten vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn. Als nach dem heißen Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren die Temperatur im Kosmos auf unter 4000 Kelvin gefallen war, konnten sich zunächst neutrale Helium-Atomen bilden, die dann mit dem noch ionisierten Wasserstoff die ersten einfachen Molekülbindungen eingingen. Bereits 1925 gelang es Wissenschaftlern, diese Bindungen im Labor zu reproduzieren – doch im Weltall zeigte sich bislang keine Spur von Heliumhydrid.

Astrochemische Modelle lieferten in den 1970er Jahren erste Hinweise darauf, dass das Molekül nicht nur im jungen Kosmos, sondern unter geeigneten Bedingungen auch in Planetarischen Nebeln entstehen könnte. Dabei handelt es sich um Gaswolken, die von Sternen am Ende ihrer Existenz ausgestoßen worden sind. Güsten und seine Kollegen haben nun den Planetarischen Nebel 7027 mit einem speziellen, hochauflösenden Infrarot-Spektrometer am Teleskop der fliegenden Sternwarte SOFIA untersucht. Die typische Strahlung von Heliumhydrid liegt bei einer Wellenlänge von 0,149 Millimetern, was einer Frequenz von zwei Terahertz entspricht. Diese Terahertzstrahlung wird jedoch von der Erdatmosphäre stark absorbiert – sie lässt sich daher nur aus dem Weltall oder von hoch fliegenden Teleskopen aus messen.

„Erst die jüngsten Fortschritte in der Terahertz-Technik haben es uns möglich gemacht, in diesem Strahlungsbereich hochauflösende Spektroskopie zu betreiben“, so Güsten. Die Messungen der Forscher zeigen, dass sich das Heliumhydrid – wie theoretisch erwartet – an der Ionisationsfront in dem Planetarischen Nebel bildet, also dort, wo den neutralen Wasserstoff-Atomen durch die Strahlung des Sterns jeweils ein Elektron entrissen wird. Die Entdeckung zeige, so die Forscher, dass die Natur selbst unter extremen Bedingungen Moleküle hervorbringe.

Quelle: doi.org/10.1038/s41586-019-1090-x

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