Forscher können Isopropanol in der Sagittarius B2-Molekülwolke nachweisen
Vielleicht hat der ein oder andere Isopropanol buchstäblich in der Hand gehabt: Alkohol wird zur Desinfektion von Haut oder Oberflächen verwendet. Diese Substanz kommt nicht nur auf der Erde vor: Forscher um Arnaud Belloche vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn haben das Molekül nun erstmals im interstellaren Raum nachgewiesen. Es wurde in einem „Geburtsraum“ eines Sterns namens Sagittarius B2 beobachtet, der sich in der Nähe des Zentrums unserer Milchstraße befindet. Die Molekülwolke ist das Ziel einer umfassenden Untersuchung der chemischen Zusammensetzung mit dem ALMA-Teleskop in der Atacama-Wüste in Chile.
Alkohol im Weltraum: Die Lage der massereichen Sternentstehungsregion Sagittarius B2 (Sgr B2) in der Nähe der zentralen Quelle unserer Milchstraße, Sgr A *. Das Hintergrundbild stammt aus einer Kartierung der galaktischen Ebene mit den Radioteleskopen Effelsberg und VLA (GLOSTAR) und zeigt Radioquellen in der galaktischen Zentralregion. Die Propanol- und Isopropanolisomere wurden in Sgr B2 durch Beobachtungen mit dem ALMA-Teleskop identifiziert.
© GLOSTAR (Bruntaler et al. 2021, Astronomie & Astrophysik): Hintergrundbild. Wikipedia (gemeinfrei): Propanol- und Isopropanolmodelle
Alkohol im Weltraum: Die Lage der massereichen Sternentstehungsregion Sagittarius B2 (Sgr B2) in der Nähe der zentralen Quelle unserer Milchstraße, Sgr A *. Das Hintergrundbild stammt aus einer Kartierung der galaktischen Ebene mit den Radioteleskopen Effelsberg und VLA (GLOSTAR) und zeigt Radioquellen in der galaktischen Zentralregion. Die Propanol- und Isopropanolisomere wurden in Sgr B2 durch Beobachtungen mit dem ALMA-Teleskop identifiziert.
© GLOSTAR (Bruntaler et al. 2021, Astronomie & Astrophysik): Hintergrundbild. Wikipedia (gemeinfrei): Propanol- und Isopropanolmodelle
Die Suche nach Molekülen im Weltraum dauert mehr als 50 Jahre an. Bis heute wurden 276 davon im interstellaren Medium identifiziert. Die Cologne Database for Molecular Spectroscopy (CDMS) bündelt zahlreiche Maßnahmen zum Nachweis dieser Moleküle und hat in vielen Fällen zu ihrer Identifizierung beigetragen.
Wissenschaftler wollen verstehen, wie sich organische Moleküle im interstellaren Medium bilden, insbesondere in Regionen, in denen neue Sterne geboren werden. Und wie komplex diese Moleküle sein können. Die Motivation dahinter ist, Verbindungen zur chemischen Zusammensetzung von Körpern im Sonnensystem, wie beispielsweise Kometen, zu finden. Ein besonders geeigneter Ort innerhalb unserer Galaxie ist Sagittarius B2, ganz in der Nähe des Sagittarius-Objekts A*, dem supermassiven Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße.
„Unsere Gruppe begann vor mehr als 15 Jahren mit der Erforschung der chemischen Zusammensetzung von Sagittarius B2 mit dem 30-Meter-Radioteleskop IRAM“, sagt Arnaud Belloche vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, Erstautor von Discovery of Isopropanol. „Diese Beobachtungen waren erfolgreich und führten zum ersten interstellaren Nachweis einer Reihe organischer Moleküle.“
Mit ALMA (Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array), das vor zehn Jahren seinen Betrieb aufnahm, konnte in Richtung Sagittarius B2 über das hinausgegangen werden, was mit einzigartigen Radioteleskopen möglich war. Daher begannen die Forscher mit einer Langzeitstudie der chemischen Zusammensetzung dieser Wolke mit hoher Winkelauflösung.
Beobachtungen haben seit 2014 zur Identifizierung von drei neuen organischen Molekülen (Isopropylcyanid, N-Methylformamid, Harnstoff) geführt. Das jüngste Ergebnis dieses Projekts ist der Nachweis von Propanol (C3H7OH), Propanol ist das Molekül des größten entdeckten Alkohols Interstellaren Raum bis heute. Es existiert in zwei Formen (“Isomere”), je nachdem, an welches Kohlenstoffatom die funktionelle Hydroxylgruppe (OH) gebunden ist.
Bei normalem Propanol bindet OH an ein endständiges Kohlenstoffatom der Kette, bei Isopropanol an das zentrale Kohlenstoffatom der Kette. Beide Isomere konnten im ALMA-Datensatz von Sagittarius B2 identifiziert werden. Es ist das erste Mal, dass Isopropanol im interstellaren Medium und normales Propanol in einem Sternentstehungsgebiet gefunden wird.
„Der Nachweis beider Propanol-Isomere ist von einzigartiger Bedeutung, wenn es darum geht, den Bildungsmechanismus der beiden Isomere aufzuklären. Weil sie so ähnlich sind, verhalten sie sich auch physikalisch sehr ähnlich, was bedeutet, dass die beiden Moleküle d ‘ am gleichen Ort und zur gleichen Zeit präsent sein“, sagt Rob Garrod von der University of Virginia in Charlottesville, USA.
Die Identifizierung organischer Moleküle in den Spektren von Sternentstehungsgebieten ist schwierig. „Je größer das Molekül ist, desto mehr Spektrallinien sendet es bei unterschiedlichen Frequenzen aus“, sagt Holger Müller von der Universität zu Köln. In einer Quelle wie Sagittarius B2 tragen so viele Moleküle zur beobachteten Strahlung bei, dass sich ihre Spektren überlappen und es schwierig ist, ihre „Fingerabdrücke“ zu entwirren und sie einzeln zu identifizieren.
Dank der hohen Winkelauflösung von ALMA war es möglich, Teile der Wolke zu isolieren, die sehr schmale Spektrallinien emittieren. Dies war der Schlüssel zur Identifizierung der beiden Isomeren von Propanol. Auch die Empfindlichkeit des Teleskopsystems spielte eine wichtige Rolle.
Diese Forschung ist ein langfristiges Projekt zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung der verschiedenen Sagittarius B2-Regionen. Eines der Ziele ist die Identifizierung neuer interstellarer Moleküle. Der Nachweis eng verwandter Moleküle, die sich in ihrer Struktur geringfügig unterscheiden, und die Messung ihres Häufigkeitsverhältnisses ermöglichen die Aufklärung spezifischer Teile des Netzwerks chemischer Reaktionen. Forscher wollen damit die Entstehung von Molekülen im interstellaren Medium besser verstehen.
NJ/HOR