Fabriken für Wasser und Ammoniak

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Die junge Sternentstehungsregion L1157 aus Sicht des Spitzer-Weltraum-Teleskops. Eine neue chemische Untersuchung ist in der Lage, die relativen Häufigkeiten von Wasser und Ammoniak in dieser Region zu erklären. NASA / JPL-Caltech / UIUC

Komplexe Moleküle, einschließlich vieler organischer Moleküle, kommen in einer Vielzahl von Umgebungen im Kosmos vor und sind besonders in riesigen Molekülwolken aus Gas und Staub häufig, in denen neue Sterne entstehen. Die in diesen Wolken und in den dichten Scheiben aus Material um junge Sterne ablaufende reiche Chemie bringt Moleküle hervor, die Bestandteile in lebenden Systemen sind. Astronomen setzen Teleskope für Radio-, Millimeter- und Infrarotwellenlängen ein, um die individuellen Merkmale der Spektrallinien dieser Moleküle zu messen. Aber was bestimmt in erster Linie die relativen Häufigkeiten dieser Moleküle?

Acht Astronomen, darunter Izaskun Jimenez-Serra vom CfA, haben für chemische Reaktionen Modelle entwickelt, die an die Bedingungen in astrophysikalischen Szenarien angepaßt sind, einschließlich der frühesten Stadien, wenn das Gas extrem kalt ist und gerade beginnt, komplexere Moleküle zu bilden. Sie berücksichtigen drei wichtige Faktoren: die Staubkörner, auf denen die Reaktionen auftreten, bevor das Gas von der Oberfläche verdampft, die in den meisten Quellen existierenden, äußerst niedrigen Temperaturen (oft geringer als minus 250 Grad Celsius) und die Einflüsse von Schockwellen und Strahlung, die entstehen, wenn sich junge Sterne in den Wolken bilden und beginnen, sich zu entwickeln.

Die Astronomen verknüpfen ihre Modelle mit neuen Beobachtungen des Herschel-Weltraum-Observatoriums, darunter Messungen von Wasser, Formaldehyd, Ammoniak und Methanol in der Umgebung von sehr jungen, kleinen Sternen. Eines der am längsten ungelösten Rätsel waren die relativen Häufigkeiten von Wasser und Ammoniak in diesen Regionen; beide Moleküle sind grundlegende Bausteine für komplexere Moleküle. Die Resultate der Arbeitsgruppe zeigen, daß die beobachtbaren Unterschiede in den Häufigkeiten dieser Spezies vorrangig auf die Temperaturen in den untersuchten Gebieten zurückzuführen sind. Wasser ist zum Beispiel bei extrem tiefen Temperaturen auf Körnchen ausgefroren; Ammoniak wird zerstört, wenn Temperaturen etwa 4.000 Grad Celsius übersteigen. Eine Schockwelle, durch Abströmungen von dem neuen Stern hervorgerufen, kann den Staub und das Gas aufheizen und somit die Temperaturen beeinflussen. Mit diesen neuen Ergebnissen gelang erstmals die erfolgreiche Modellierung von Wasser und Ammoniak aus Anfangsbedingungen.

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