Interstellare Wolken ins Labor geholt

Innsbrucker Forscher ahmen Entstehung der ersten Sternbausteine nach

Wien/Innsbruck - Wissenschafter der Universität Innsbruck holen den Weltraum ins Labor: Mit einer eigens konstruierten Apparatur können sie die Verhältnisse in interstellaren Wolken nachstellen. Auch wenn im Labor nur mit einzelnen Molekülen gearbeitet wird, brachte ihre Forschung neue Erkenntnisse über die Bedingungen ganz am Anfang der Sternentstehung. Diese wurden nun in der wissenschaftlichen Zeitschrift "The Astrophysical Journal" veröffentlicht.

Sternentstehung

In interstellaren Wolken bilden sich bei tiefen Temperaturen neue Moleküle. In bestimmten Regionen können sich Partikel über Millionen von Jahren durch die Schwerkraft zusammenballen. "Wenn die dichtesten Kerne dieser molekularen Wolken dann noch weiter durch die Schwerkraft kollabieren, dann entstehen Sterne", erklärte Roland Wester vom Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik der Universität Innsbruck.

In unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, passiert das etwa einmal im Jahr. Andere Galaxien sind da produktiver: Besonders fleißig ist die Galaxie "Zw II 96" in 500 Millionen Lichtjahren Entfernung, die angesichts von jährlich rund 4.000 Sternengeburten den Spitznamen "Baby Boomer Galaxy" bekam.

Nachahmung im Labor

Am Beginn jedes neuen Sterns stehen Reaktionen zwischen neutralen Molekülen und geladenen Teilchen (Ionen) unter dem Einfluss kosmischer Strahlung. Solche in Millionen Lichtjahren Entfernung über Millionen Jahre laufenden Reaktionen sind von der Erde aus nur schwer zu erforschen. Deshalb ahmen die Innsbrucker Wissenschafter die Entstehung der ersten Bausteine im Labor nach.

Dafür hat Wester eine Ionenfalle gebaut, in der sich die Vorgänge bei sehr geringer Dichte und bis zu minus 250 Grad Celsius beobachten lassen. Die Falle hat bis zu 22 Elektroden und wird durch ein elektrisches Wechselfeld angetrieben. Reagieren zwei Teilchen, so stören keine anderen Teilchen. Auch gibt es durch thermische Energie keine Einflüsse. Gemeinsam mit einem internationalen Team hielt Wester negativ geladene Moleküle (Anionen) in der Ionenfalle gefangen und beschoss sie mit Licht aus einem UV-Laser, um die kosmische Strahlung zu simulieren. Zur Überraschung der Wissenschafter entpuppten sich die Moleküle als relativ lichtstabil.

Stabilität von Anionen

Erst vor wenigen Jahren haben Forscher der Universität Harvard Anionen aus Kohlenstoff und Wasserstoff entdeckt, die inzwischen überraschend häufig in verschiedenen Gebieten der Milchstraße gefunden wurden. Zuvor konnte man sich gar nicht recht vorstellen, dass es in interstellaren Wolken auch negativ geladene Teilchen gibt, so Wester. Ihre Entstehung sei vermutlich ein sehr ineffizienter Prozess, da sie viel instabiler sind als positiv geladene Ionen oder neutrale Moleküle. Allerdings konnten die Innsbrucker Wissenschafter in ihrer Apparatur nachweisen, dass die Anionen stabiler sind als man bisher aufgrund von Schätzungen angenommen hatte.

Die Ionen spielen bei der Entstehung elementarer Moleküle eine entscheidende Rolle. Sie sind dafür verantwortlich, dass bei der extremen Kälte des Weltalls überhaupt chemische Reaktionen ablaufen. Sie sorgen dafür, dass sich sogar bei Temperaturen von fünf bis 50 Grad Kelvin (minus 223 bis 268 Grad Celsius) in den überwiegend aus Wasserstoff bestehenden interstellaren Wolken erste Kettenmoleküle, vor allem aus Kohlenstoff und Wasserstoff, bilden können. (red/APA)