Interstellares Fußballmolekülion

Altes astronomisches Rätsel steht vor der Auflösung

Forschern der Universität Basel ist es erstmals gelungen, zweifelsfrei ein Molekül zu identifizieren, das im interstellaren Raum für die Absorption von Sternenlicht verantwortlich ist. Dabei handelt es sich um das positiv geladene Buckminster-Fulleren, das sogenannte Fußballmolekül.

Ionisierte Buckminster-Fullerene (C60+) kommen im Gaszustand im Weltall vor.

Vor knapp hundert Jahren entdeckten Astronomen, dass das Spektrum des Sternenlichts auf der Erde nur mit dunklen Lücken, sogenannten Absorptionsbanden, ankommt. Seither versuchen Forscher zu klären, welche Art von Materie im interstellaren Raum das Licht absorbiert und für diese „diffusen interstellaren Banden“ (DIB) – von denen heute über 400 bekannt sind – verantwortlich ist.

Fußballmolekül in interstellaren Wolken
Seit Längerem vermuten Astronomen, dass große, komplexe Moleküle und möglicherweise gasförmige Ionen auf Basis von Kohlenstoff das Licht der Sterne schlucken könnten. Um ein solches Molekül handelt es sich beim Buckminster-Fulleren, eine Struktur aus 60 Kohlenstoffatomen in Form eines Fußballs, die Mitte der Achtzigerjahre entdeckt wurden.

Für die Astrophysiker stellte sich mit der Entdeckung die Frage, ob das Fußballmolekül als Ursache für die DIB in Betracht kommt. Die Gruppe um Prof. John P. Maier vom Departement Chemie der Universität Basel untersuchte bereits 1993 die elektronische Absorption des ionisierten Buckminster-Fullerens. Tatsächlich zeigte das im Labor gemessene Spektrum bei zwei Wellenlängen Absorptionsbanden, die denen von zwei DIB ähnelten, die im Jahr darauf von Astronomen gefunden wurden.

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Messung bei weltraumähnlichen Bedingungen
Um zweifelsfrei nachzuweisen, dass diese Moleküle das Sternenlicht absorbieren und so die DIB erzeugen, war eine Gasphasenspektroskopie des Ions nötig. Diese ist nun den Basler Forschern gelungen. „Dabei handelt es sich um die erste eindeutige Identifikation eines solchen Moleküls in den interstellaren Wolken“, so Forschungsleiter Professor John P. Maier. „Das bedeutet einen Durchbruch im hundert Jahre alten Rätsel um die diffusen interstellaren Banden.“

Für die Spektralanalyse im Labor mittels Diodenlaser schlossen sie mehrere Tausend ionisierte Fullerene in einer Hochfrequenzfalle ein und kühlten sie durch Kollisionen mit Helium hoher Dichte auf sehr tiefen Temperaturen von rund 6 K ab, wie sie für den interstellaren Raum typisch sind.

Die im Labor gemessenen Absorptionen entsprachen exakt den astronomischen Daten und wiesen vergleichbare Bandbreiten und relative Intensitäten auf. Damit sind zum ersten Mal zwei DIB identifiziert, und es wurde belegt, dass ionisierte Buckminster-Fullerene (C60+) im Gaszustand im Weltall vorkommen. „Dies ist erstaunlich in Anbetracht der Komplexität dieses molekularen Ions und der Gegenwart von energiereicher Strahlung in einer solchen Umgebung“, kommentiert Maier die Resultate.

Originalbeitrag:
E. K. Campbell, M. Holz, D. Gerlich & J. P. Maier: Laboratory confirmation of C60+ as carrier of two diffuse interstellar bands. Nature (2015), DOI: 10.1038/nature14566.

Weitere Auskünfte:
Prof. Dr. John P. Maier
Universität Basel, Departement Chemie
E-Mail: j.p.maier@unibas.ch

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