Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Interstellare Moleküle verzweigen sich

26.09.2014

Zum ersten Mal ist es gelungen, ein kohlenstoffhaltiges Molekül mit "verzweigter" Struktur im interstellaren Raum nachzuweisen.

Dieses Molekül, iso-Propylcyanid, wurde in Sgr B2 gefunden, einer Sternentstehungsregion in unmittelbarer Nähe zum Zentrum unserer Milchstraße, bevorzugtes Revier für Astronomen auf der Jagd nach neuen Molekülen. Diese Struktur der Kohlenstoffatome unterscheidet es von allen anderen bisher im interstellaren Raum gefundenen Molekülen.


Staub und Moleküle in der Zentralregion unserer Milchstraße. Die Moleküle iso-Propylcyanid (i-C3H7CN, links) und normal-Propylcyanid (n-C3H7CN, rechts) wurden mit ALMA in Sgr B2 entdeckt.

MPIfR/A. Weiß (Hintergrundbild), Universität zu Köln/M. Koerber (Molekülmodelle), MPIfR/A. Belloche (Montage)


Zentralregion der Milchstraße mit Antennen des ALMA-Observatoriums in Chile.

Y. Beletsky (LCO)/ESO

Die Entdeckung von iso-Propylcyanid erweitert die Grenzen der Chemie von Sternentstehungsgebieten und ist ein Indiz für die Existenz von Aminosäuren, bei denen eine solch verzweigte Struktur eine Schlüsselgröße darstellt.

Es wurden bereits eine ganze Reihe von unterschiedlichen Molekülen im Weltraum entdeckt. Dabei treten wasserstoffreiche und kohlenstoffhaltige (organische) Moleküle, wie sie für die Existenz von Leben auf der Erde unverzichtbar sind, bevorzugt in Gaswolken auf, in denen neue Sterne entstehen.

„Es ist sehr wichtig für uns, zu verstehen, wie organische Moleküle sich bereits in frühen Phasen der Sternentstehung in diesen Gaswolken bilden“, sagt Arnaud Belloche vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie, der Erstautor der Veröffentlichung. „Damit sind wir in der Lage, die einzelnen Phasen von der Entstehung von einfachen Molekülen zu möglicherweise Leben tragender Chemie zusammenzufügen.“

Die Suche nach Molekülen im interstellaren Raum hat bereits in den 1960er Jahren begonnen und bisher wurden ca. 180 unterschiedliche Moleküle gefunden. Jedes Molekül sendet Strahlung bei ganz bestimmten unterschiedlichen Wellenlängen und hat damit ein jeweils charakteristisches Muster oder Spektrum. Dieses Spektrum stellt somit eine Art Fingerabdruck dar, über den das Molekül durch Beobachtungen mit Radioteleskopen im Weltall identifiziert werden kann.

Bis jetzt hatten alle organischen Moleküle, die in Sternentstehungsregionen entdeckt werden konnten, etwas gemeinsam: sie setzen sich jeweils aus einem „Rückgrat“ von Kohlenstoffatomen zusammen, die entlang einer mehr oder weniger geraden Kette angeordnet sind. Das neu gefundene Molekül iso-Propylcyanid ist insofern einzigartig, als das die Anordnung seiner Kohlenstoffatome eine Verzweigung mit einem zusätzlichen Ast aufweist.

„Es ist das erste Mal überhaupt, dass solch ein Molekül mit verzweigtem Rückgrat aus Kohlenstoff im interstellaren Raum gefunden werden konnte“, sagt Holger Müller, ein Spektroskopiker an der Universität zu Köln und Ko-Autor der Veröffentlichung, der den spektralen Fingerabdruck des Moleküls im Labor vermessen hat, mit dessen Hilfe es dann auch im Weltraum nachgewiesen werden konnte.

Nicht nur die neuartige Struktur des Moleküls kommt überraschend. Es tritt auch beinahe halb so häufig auf wie sein unverzweigtes Schwestermolekül, normal-Propylcyanid (n-C3H7CN), das von diesem Forschungsteam bereits einige Jahre vorher mit dem 30-m-Radioteleskop des Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM) entdeckt wurde. „Die enorme Häufigkeit von iso-Propylcyanid lässt vermuten, dass verzweigte Moleküle in der Tat die Regel und nicht etwa die Ausnahme bei Molekülen im interstellaren Raum darstellen könnten”, sagt Robin Garrod, ein Astrochemiker an der Cornell-Universität und Ko-Autor der Veröffentlichung.

Das Forscherteam nutzte das „Atacama Large Millimeter/submillimeter Array” (ALMA) in Chile, um den molekularen Gehalt der Sternentstehungsregion Sagittarius B2 (Sgr B2) zu untersuchen. Sie liegt in unmittelbarer Nähe zum Zentrum unserer Milchstraße in ca. 27000 Lichtjahren Entfernung von der Sonne und stellt eine einzigartig reichhaltige Fundgrube bei der Suche nach komplexen interstellaren Molekülen dar.

„Durch die Leistungsfähigkeit von ALMA waren wir in der Lage, eine komplette spektrale Durchmusterung in Richtung von Sagittarius B2 im Wellenlängenbereich zwischen 2,7 und 3,6 mm durchzuführen“, erklärt Arnaud Belloche. „Dabei waren Empfindlichkeit und räumliche Auflösung 10mal besser als in unseren vorhergehenden Durchmusterungen. Und wir haben nur ein Zehntel der Zeit dafür gebraucht.“ Die Wissenschaftler haben in den Daten systematisch nach den Fingerabdrücken von neuen interstellaren Molekülen gesucht.

„Auf dem Hintergrund von Vorhersagen aus unserer Kölner Datenbank für Molekülspektroskopie waren wir in der Lage, Spektrallinien von beiden Unterarten des Propylcyanids zu identifizieren“, sagt Holger Müller. Insgesamt 50 Spektrallinien im ALMA-Spektrum von Sgr B2 konnten eindeutig dem Molekül i-Propylcyanid zugeordnet werden und sogar 120 dem Molekül n-Propylcyanid. Beide Moleküle, aus jeweils 12 Einzelatomen bestehend, sind die größten Moleküle überhaupt, die bis jetzt in Sternentstehungsregionen gefunden werden konnten.

Die Forschergruppe hat mit Computermodellen die chemischen Vorgänge bei der Entstehung der in Sgr B2 gefundenen Moleküle simuliert. Ähnlich wie eine ganze Reihe weiterer komplexer organischer Moleküle bilden sich beide Arten von Propylcyanid sehr effektiv auf den Oberflächen von interstellaren Staubkörnern. „Aber“, so Robin Garrod, „die Modelle zeigen uns, dass bei Molekülen, die groß genug dazu sind, verzweigte Strukturen zu bilden, dies sogar die vorherrschenden Formen sein könnten. Der Nachweis des nächsten Mitglieds der Alkylcyanid-Serie, n-Butylcyanid (n-C4H9CN), mit sogar drei unterschiedlich verzweigten Isomeren, würde es uns möglich machen, diese Annahme zu testen.”

„Die in Meteoriten gefundenen Aminosäuren haben eine Zusammensetzung, die darauf schließen lässt, dass sie im interstellaren Medium entstanden sind“, fügt Arnaud Belloche hinzu. „Obwohl noch keine Aminosäure direkt im interstellaren Raum nachgewiesen werden konnte, dürfte die interstellare Chemie zur Erzeugung einer großen Zahl von komplexen Molekülen beigetragen haben, die schließlich ihren Weg auf die Oberfläche von Planeten gefunden haben.“

„Die Entdeckung von iso-Propylcyanid zeigt uns, dass Aminosäuren tatsächlich im interstellaren Medium vorkommen dürften, da die verzweigte Struktur ein Schlüsselmerkmal für diese Art von Molekülen darstellt“, schließt Karl Menten, Direktor und Leiter der Forschungsabteilung Millimeter- und Submillimeterastronomie am MPIfR in Bonn. „Aminosäuren wurden bereits in Meteoriten gefunden und wir hoffen, dass wir sie bald auch im interstellaren Medium nachweisen können.“

Originalveröffentlichung:

Detection of a branched alkyl molecule in the interstellar medium: iso-propyl cyanide, by Arnaud Belloche, Robin T. Garrod, Holger S. P. Müller, Karl M. Menten, 2014 Science, Ausgabe vom 26. September:
http://www.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.1256678 (nach Ablauf des Embargos).

Wissenschaftskontakt:

Dr. Arnaud Belloche,
Max-Planck-Institut für Radioastronomie.
Fon: +49(0)228-525-376
E-mail: belloche@mpifr-bonn.mpg.de

Dr. Robin T. Garrod,
Center for Radiophysics and Space Research,
Cornell University, U.S.A.
Fon: +1(0) 607-255-8967
E-mail: rgarrod@astro.cornell.edu

Dr. Holger Müller,
I. Physikalisches Institut, Universität zu Köln.
Fon: +49(0) 221-470-4528
E-mail: hspm@ph1.uni-koeln.de

Pressekontakt:

Dr. Norbert Junkes,
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit,
Max-Planck-Institut für Radioastronomie.
Fon: +49(0)228-525-399
E-mail: njunkes@mpifr-bonn.mpg.de

Weitere Informationen:

http://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressemeldungen/2014/10

Norbert Junkes | Max-Planck-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Forscher studieren molekulare Konversion auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden
19.10.2017 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Gravitationswellen: Sternenglanz für Jenaer Forscher
19.10.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Aufräumen? Nicht ohne Helfer

19.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Biotinte für den Druck gewebeähnlicher Strukturen

19.10.2017 | Materialwissenschaften

Forscher studieren molekulare Konversion auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden

19.10.2017 | Physik Astronomie