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Isopropanol im Weltraum Max-Planck-Gesellschaft

Forscher haben Isopropanol in der Molekülwolke Sagittarius B2 entdeckt

Vielleicht hielt der ein oder andere tatsächlich Isopropanol in der Hand: Alkohol dient zur Desinfektion von Haut oder Oberflächen. Diese Substanz kommt nicht nur auf der Erde vor: Forscher um Arno Bellosh vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie haben das Molekül nun erstmals im interstellaren Raum entdeckt. Es wurde in einem stellaren „Kreißsaal“ namens Sagittarius B2 beobachtet, der sich in der Nähe des Zentrums unseres Hirschsprungs befindet. Die Molekülwolke ist das Ziel umfangreicher Untersuchungen zur chemischen Zusammensetzung der Atacama-Wüste in Chile mit dem ALMA-Teleskop.

Alkohol im All: Lage der massereichen Sternentstehungsregion von Sagittarius B2 (Sgr B2) an der zentralen Quelle unseres Hirschsprungs, Sgr A*. Das Hintergrundbild stammt aus Karten der galaktischen Ebene der Radioteleskope Effelsberg und VLA (GLOSTAR) und zeigt Radioquellen im Bereich des galaktischen Zentrums. Die Isomere Propanol und Isopropanol wurden beide in Sgr B2 durch ALMA-Teleskopbeobachtungen identifiziert.

© GLOSTAR (Bruntaler et al. 2021, Astronomie und Astrophysik): Hintergrundbild. Wikipedia (gemeinfrei): Modelle von Propanol und Isopropanol

Alkohol im All: Lage der massereichen Sternentstehungsregion von Sagittarius B2 (Sgr B2) an der zentralen Quelle unseres Hirschsprungs, Sgr A*. Das Hintergrundbild stammt aus Karten der galaktischen Ebene der Radioteleskope Effelsberg und VLA (GLOSTAR) und zeigt Radioquellen im Bereich des galaktischen Zentrums. Die Isomere Propanol und Isopropanol wurden beide in Sgr B2 durch ALMA-Teleskopbeobachtungen identifiziert.

© GLOSTAR (Bruntaler et al. 2021, Astronomie und Astrophysik): Hintergrundbild. Wikipedia (gemeinfrei): Modelle von Propanol und Isopropanol

Die Suche nach Molekülen im Weltraum dauert mehr als 50 Jahre an. Bis heute wurden 276 von ihnen in interstellaren Umgebungen identifiziert. Die Cologne Database for Molecular Spectroscopy (CDMS) bündelt zahlreiche Messungen, um diese Moleküle zu identifizieren und in vielen Fällen ihre Identifizierung zu erleichtern.

Wissenschaftler wollen wissen, wie organische Moleküle in der interstellaren Umgebung entstehen – insbesondere in Regionen, in denen neue Sterne geboren werden. Und wie komplex diese Moleküle sein können. Die Motivation dahinter ist, eine Verbindung zur chemischen Zusammensetzung der Körper des Sonnensystems, wie beispielsweise Kometen, zu finden. Ein besonders geeigneter Ort in unserer Galaxie ist Sagittarius B2 – ganz in der Nähe des Objekts Sagittarius A*, einem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum von Deer Leap.

„Unser Team begann vor mehr als 15 Jahren mit der Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Sagittarius B2 mit einem 30-Meter-IRAM-Radioteleskop“, sagte Arno Bello vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, Autor von Discovery of Isopropanol. „Diese Beobachtungen waren erfolgreich und führten zur ersten interstellaren Entdeckung einer Reihe organischer Moleküle.

Mit Hilfe von ALMA (Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array), das vor zehn Jahren in Betrieb genommen wurde, ist es möglich geworden, mehr zu erreichen, als mit einem einzelnen Radioteleskop in Richtung Sagittarius B2 erreicht werden könnte. Also begannen die Forscher mit einer Langzeitstudie der chemischen Zusammensetzung dieser Wolke bei hohen Winkelauflösungen.

Beobachtungen haben seit 2014 zur Identifizierung von drei neuen organischen Molekülen (Isopropylcyanid, N-Methylformamid, Harnstoff) geführt. Das neueste Ergebnis dieses Projekts ist die Entdeckung von Propanol (C3H7OH), dem größten Alkoholmolekül, das jemals im interstellaren Raum entdeckt wurde. Es existiert in zwei Formen (“Isomere”), je nachdem, an welches Kohlenstoffatom der funktionellen Hydroxylgruppe (OH) gebunden ist.

In normalem Propanol ist OH an das letzte Kohlenstoffatom der Kette gebunden, in Isopropanol ist es an das zentrale Kohlenstoffatom der Kette gebunden. Beide Isomere können im Sagittarius B2 ALMA-Datensatz identifiziert werden. Dies ist das erste Mal, dass Isopropanol im interstellaren Medium und normales Propanol in der Sternentstehungsregion gefunden wurde.

Die Entdeckung beider Propanol-Isomere hat eine einzigartige Bedeutung, wenn es darum geht, den Mechanismus der Bildung von zwei Isomeren zu bestimmen. „Weil sie so ähnlich sind, verhalten sie sich physikalisch sehr ähnlich, was bedeutet, dass sich zwei Moleküle am gleichen Ort und zur gleichen Zeit befinden müssen“, sagt Rob Garrod von der University of Virginia in Charlottesville, USA.

Die Identifizierung organischer Moleküle in den Spektren von Sternentstehungsgebieten ist schwierig. „Je größer das Molekül, desto mehr Spektrallinien emittiert es bei unterschiedlichen Frequenzen“, sagt Holger Müller von der Universität zu Köln. In einer Quelle wie Sagittarius B2 gibt es so viele Moleküle, die zur beobachteten Strahlung beitragen, dass ihre Spektren übereinstimmen und es schwierig ist, ihre „Fingerabdrücke“ einzeln zu entziffern und zu identifizieren.

Dank der hohen Winkelauflösung von ALMA ist es möglich geworden, Wolkenteile zu isolieren, die sehr schmale Spektrallinien emittieren. Dies war der Schlüssel zur Identifizierung der beiden Isomeren von Propanol. Die Empfindlichkeit des Teleskopsystems spielte eine wichtige Rolle.

Diese Studie ist ein Langzeitprojekt zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung verschiedener Regionen von Sagittarius B2. Eines der Ziele ist die Identifizierung neuer interstellarer Moleküle. Der Nachweis nahe verwandter Moleküle, die sich in ihrer Struktur geringfügig unterscheiden, und die Messung ihres Häufigkeitsverhältnisses ermöglichen die Identifizierung spezifischer Teile eines chemischen Reaktionsnetzwerks. Forscher wollen damit die Produktion von Molekülen in interstellaren Umgebungen besser verstehen.

NJ/HOR

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