Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Staubpartikel als Katalysator bei der Bildung von Wasserstoff im Weltraum

13.10.2010
Dass Wasserstoffmoleküle H2 im Weltraum vorkommen, ist bekannt. Wie diese jedoch gebildet werden, dazu fehlten bislang die passenden Antworten.

Johannes Kästner, Juniorprofessor für Computational Biochemistry im Exzellenzcluster SimTech, ist dies gemeinsam mit einem Kollegen der niederländischen Universität Leiden jetzt gelungen. Den entscheidenden Beitrag leisten demnach Tunneleffekte und Staubpartikel.

Tunneleffekte sind in der Physik und der Chemie hinreichend bekannte Phänomene. Dabei durchdringt ein quantenmechanisches Teilchen eine Barriere, die höher als seine eigene Energie ist. Ohne Tunneleffekt würde es von der Barriere zurückgeworfen. Verantwortlich ist das Tunneln unter anderem für den Zerfall von Atomen.

Dass der quantenmechanische Effekt auch zur Bildung von Wasserstoffmolekülen im Weltraum entscheidend beiträgt, hat Jun.-Prof. Johannes Kästner vom Institut für Theoretische Chemie der Universität Stuttgart mit seinem niederländischen Partner Dr. Theodorus P. M. Goumans belegt.

„Den Wasserstoffatomen gelingt es bei den niedrigen Temperaturen, die im interstellaren Medium vorherrschen, durch eine Energiebarriere zu tunneln. Mit anderen Worten: Mit Hilfe des Tunneleffekts überwinden sie die letzte Hürde, die der Molekülbildung entgegensteht“, erklärt Kästner den Vorgang. Als Katalysator bei der Bildung der H2-Moleküle fungieren dabei feinste Staubpartikel.

„Die Wasserstoffatome lagern sich zunächst an aromatischen Kohlenwasserstoffen an, bevor sie sich mit Hilfe der Tunneleffekte zu Molekülen zusammenschließen“, beschreibt der 32-jährige die von ihm untersuchte Reaktion.

Bestätigen konnten Kästner und sein Forschungspartner den Effekt mithilfe von Computersimulationen, wie sie im Exzellenzcluster SimTech auf vielfältige Weise eingesetzt werden. Kästner: „Die Temperaturen und Zeitskalen, die im interstellaren Raum vorherrschen, lassen sich experimentell nicht ausreichend nachbilden. So ist es in diesem Fall unumgänglich, auf Simulationen zurückzugreifen. Die notwendige Rechenleistung zur Durchführung dieser komplexen Simulationen ist erst seit kurzem zugänglich.“ So erklärt sich auch, dass, obwohl die zugrunde liegende Methode schon seit Mitte der 1960er Jahre existiert, bisher nicht hinreichend verifiziert werden konnte, wie die Anlagerung der Wasserstoffatome vor sich geht.

Von seinem Forschungsausflug in den Bereich der Kosmologie erhofft sich der SimTech-Juniorprofessor vor allem methodische Impulse für die Arbeit in seinem eigentlichen Fachgebiet, der Biochemie. „Bei der Erforschung von Enzymen haben wir es nicht wie hier mit 13, sondern gleich mit mehreren Tausend Atomen zu tun“, sagt Kästner. Allerdings ist er zuversichtlich, mit der eingesetzten Methodik auch in seinem Spezialbereich wichtige Fortschritte in der Grundlagenforschung zu erzielen.

Der Artikel zur Forschungsarbeit von Kästner und Goumans wurde veröffentlicht in der Zeitschrift „Angewandte Chemie International Edition“, einer der renommiertesten wissenschaftlichen Publikationsorgane in der Chemie. Den Beitrag gibt es im Internet unter http://dx.doi.org/10.1002/anie.201001311 oder in der deutschsprachigen Version unter http://dx.doi.org/10.1002/ange.201001311.

Weitere Informationen und Interviewanfragen bei Felix Jansen (SRC SimTech), Tel. 0711/685-60097, e-mail felix.jansen@simtech.uni-stuttgart.de, www.simtech.uni-stuttgart.de

Über SimTech:
Die Universität Stuttgart war mit SimTech im November 2007 beim Forschungscluster-Wettbewerb erfolgreich, der im Rahmen der Exzellenzinitiative von Bund und Ländern initiiert wurde. Die Exzellenzcluster werden auf Bundesebene von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) betreut.

Der SimTech-Exzellenzcluster ist zentraler Kern des „Stuttgart Research Centre for Simulation Technology“ (SRC SimTech), das die Universität Stuttgart bereits im April 2007 mit hochschuleigenen Mitteln eingerichtet hat.

SimTech ist ein Querschnittszentrum und damit ein verbindendes Element zwischen den Fakultäten. Im Cluster werden die vielfältigen Expertisen der Universität Stuttgart auf dem Gebiet der Simulationstechnologien gebündelt und weiterentwickelt. Damit soll Stuttgart nachhaltig als international führender Standort auf diesem Gebiet positioniert werden.

Neben der breit angelegten Grundlagenforschung, dem Lehrbetrieb mit eigenen Studiengängen und einer Graduiertenschule mit mehr als 80 Doktoranden wird auch der Transfer in die industrielle Anwendung gefördert. Namhafte Firmen, darunter Daimler und Bosch, unterstützen SimTech ideell und finanziell.

Andrea Mayer-Grenu | idw
Weitere Informationen:
http://dx.doi.org/10.1002/ange.201001311
http://www.uni-stuttgart.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Enzyme besser nutzen: Neues Forschungsprojekt an der Jacobs University Bremen
19.09.2018 | Jacobs University Bremen gGmbH

nachricht Unordnung kann Batterien stabilisieren
18.09.2018 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Der Truck der Zukunft

Lastkraftwagen (Lkw) sind für den Gütertransport auch in den kommenden Jahrzehnten unverzichtbar. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der Technischen Universität München (TUM) und ihre Partner haben ein Konzept für den Truck der Zukunft erarbeitet. Dazu zählen die europaweite Zulassung für Lang-Lkw, der Diesel-Hybrid-Antrieb und eine multifunktionale Fahrerkabine.

Laut der Prognose des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur wird der Lkw-Güterverkehr bis 2030 im Vergleich zu 2010 um 39 Prozent steigen....

Im Focus: Extrem klein und schnell: Laser zündet heißes Plasma

Feuert man Lichtpulse aus einer extrem starken Laseranlage auf Materialproben, reißt das elektrische Feld des Lichts die Elektronen von den Atomkernen ab. Für Sekundenbruchteile entsteht ein Plasma. Dabei koppeln die Elektronen mit dem Laserlicht und erreichen beinahe Lichtgeschwindigkeit. Beim Herausfliegen aus der Materialprobe ziehen sie die Atomrümpfe (Ionen) hinter sich her. Um diesen komplexen Beschleunigungsprozess experimentell untersuchen zu können, haben Forscher aus dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) eine neuartige Diagnostik für innovative laserbasierte Teilchenbeschleuniger entwickelt. Ihre Ergebnisse erscheinen jetzt in der Fachzeitschrift „Physical Review X“.

„Unser Ziel ist ein ultrakompakter Beschleuniger für die Ionentherapie, also die Krebsbestrahlung mit geladenen Teilchen“, so der Physiker Dr. Thomas Kluge vom...

Im Focus: Bio-Kunststoffe nach Maß

Zusammenarbeit zwischen Chemikern aus Konstanz und Pennsylvania (USA) – gefördert im Programm „Internationale Spitzenforschung“ der Baden-Württemberg-Stiftung

Chemie kann manchmal eine Frage der richtigen Größe sein. Ein Beispiel hierfür sind Bio-Kunststoffe und die pflanzlichen Fettsäuren, aus denen sie hergestellt...

Im Focus: Patented nanostructure for solar cells: Rough optics, smooth surface

Thin-film solar cells made of crystalline silicon are inexpensive and achieve efficiencies of a good 14 percent. However, they could do even better if their shiny surfaces reflected less light. A team led by Prof. Christiane Becker from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) has now patented a sophisticated new solution to this problem.

"It is not enough simply to bring more light into the cell," says Christiane Becker. Such surface structures can even ultimately reduce the efficiency by...

Im Focus: Mit Nano-Lenkraketen Keime töten

Wo Antibiotika versagen, könnten künftig Nano-Lenkraketen helfen, multiresistente Erreger (MRE) zu bekämpfen: Dieser Idee gehen derzeit Wissenschaftler der Universität Duisburg-Essen (UDE) und der Medizinischen Hochschule Hannover nach. Zusammen mit einem führenden US-Experten tüfteln sie an millionstel Millimeter kleinen Lenkraketen, die antimikrobielles Silber zielsicher transportieren, um MRE vor Ort zur Strecke zu bringen.

In deutschen Krankenhäusern führen die MRE jährlich zu tausenden, teils lebensgefährlichen Komplikationen. Denn wer sich zum Beispiel nach einer Implantation...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Experten der Orthopädietechnik tagen in Göttingen

19.09.2018 | Veranstaltungen

Von den Grundlagen bis zur Anwendung - Internationale Elektrochemie-Tagung in Ulm

18.09.2018 | Veranstaltungen

Unbemannte Flugsysteme für die Klimaforschung

18.09.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Internationale Experten der Orthopädietechnik tagen in Göttingen

19.09.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Der Truck der Zukunft

19.09.2018 | Verkehr Logistik

Fehlersuche in der Quantenwelt

19.09.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics