Dank der neuen Teleskop- und Labortechnologie ist es jetzt möglich, Chemikalien im Weltraum zu analysieren oder zu „fingern“.
Durch die Kombination der innovativen Funktionen des ALMA-Teleskops mit neu entwickelten Labortechniken läuten die Wissenschaftler eine völlig neue Ära der Entschlüsselung der Chemie des Universums ein. Ein Forscherteam demonstrierte ihren Durchbruch anhand von ALMA-Daten aus Beobachtungen des Gases in einer sternbildenden Region im Sternbild Orion.
Durch den Einsatz neuer Technologien sowohl am Teleskop als auch im Labor konnten die Wissenschaftler den Prozess der Identifizierung der „Finger“ von Chemikalien im Kosmos erheblich verbessern und beschleunigen. Dies ermöglichte Studien, die bisher entweder unmöglich oder unerschwinglich zeitaufwendig gewesen wären .
„Wir haben gezeigt, dass wir mit ALMA in der Lage sein werden, reale chemische Analysen der gasförmigen 'Kindergärten' durchzuführen, in denen sich neue Sterne und Planeten bilden, ungeachtet vieler Einschränkungen, die wir in der Vergangenheit hatten. ”Sagte Anthony Remijan vom National Radio Astronomy Observatory in Charlottesville, VA.
ALMA, das Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array, befindet sich in der Atacama-Wüste im Norden Chiles auf einer Höhe von 16.500 Fuß im Bau. Nach seiner Fertigstellung im Jahr 2013 werden seine 66 hochpräzisen Antennen und seine fortschrittliche Elektronik Wissenschaftlern beispiellose Möglichkeiten bieten, das Universum bei Wellenlängen zwischen längerwelligem Radio und Infrarot zu erkunden.
Diese Wellenlängen sind besonders reich an Hinweisen auf das Vorhandensein bestimmter Moleküle im Kosmos. Mehr als 170 Moleküle, darunter organische Moleküle wie Zucker und Alkohole, wurden im Weltraum entdeckt. Solche Chemikalien kommen häufig in riesigen Gas- und Staubwolken vor, in denen sich neue Sterne und Planeten bilden. "Wir wissen, dass viele der chemischen Vorläufer des Lebens in diesen Sterngärten existieren, noch bevor sich die Planeten bilden", sagte Thomas Wilson vom Naval Research Laboratory in Washington, D.C.
Moleküle im Weltraum drehen und vibrieren, und jedes Molekül hat eine bestimmte Menge von Rotations- und Vibrationsbedingungen, die für es möglich sind. Jedes Mal, wenn ein Molekül von einem solchen Zustand in einen anderen wechselt, wird eine bestimmte Energiemenge entweder absorbiert oder emittiert, häufig als Radiowellen mit sehr bestimmten Wellenlängen. Jedes Molekül hat ein einzigartiges Wellenlängenmuster, das es aussendet oder absorbiert, und dieses Muster dient als verräterischer „Finger“, der das Molekül identifiziert.
Der Durchbruch ist auf die neue Technologie zurückzuführen, mit der Wissenschaftler einen breiten Wellenlängenbereich gleichzeitig erfassen und analysieren können, sowohl mit ALMA als auch im Labor.
GRÖSSERE ANSICHT | Darstellung der Radioemission bei zahlreichen Frequenzen des Moleküls Ethylcyanid (CH3CH2CN). Blau ist das Diagramm der terrestrischen Labormessung. Rot ist die Darstellung der ALMA-Beobachtung einer Sternentstehungsregion im Sternbild Orion. Die Fähigkeit, diese Art des Matchings durchzuführen, ist ein wichtiger Durchbruch für das Studium der Chemie des Universums. Die Diagramme sind auf dem Hubble-Weltraumteleskopbild des Orionnebels überlagert. Ein kleines Kästchen zeigt die Position des mit ALMA beobachteten Bereichs an. Bildnachweis: Fortman et al., NRAO / AUI / NSF, NASA.
„Wir können jetzt eine Probe einer Chemikalie entnehmen, im Labor testen und alle charakteristischen Linien über einen großen Wellenlängenbereich grafisch darstellen. Wir bekommen das ganze Bild auf einmal “, sagte Frank DeLucia von der Ohio State University (OSU). "Wir können dann die Eigenschaften aller Linien einer Chemikalie bei unterschiedlichen Temperaturen modellieren", fügte er hinzu.
Ausgerüstet mit neuen OSU-Labordaten für einige vermutete Moleküle verglichen die Wissenschaftler dann die Muster mit denen, die durch Beobachtung der Sternentstehungsregion mit ALMA erzeugt wurden.
"Das Matchup war unglaublich", sagte Sarah Fortman, ebenfalls von der OSU. "Spektrallinien, die jahrelang nicht identifiziert worden waren, stimmten plötzlich mit unseren Labordaten überein, bestätigten die Existenz spezifischer Moleküle und gaben uns ein neues Werkzeug, um die komplexen Spektren von Regionen in unserer Galaxie anzugreifen", fügte sie hinzu. Die ersten Tests wurden mit Ethylcyanid (CH3CH2CN) durchgeführt, da seine Existenz im Weltraum bereits gut etabliert war und damit ein perfekter Test für diese neue Analysemethode lieferte.
"In der Vergangenheit gab es so viele nicht identifizierte Linien, dass wir sie" Unkraut "nannten, und sie haben unsere Analyse nur verwirrt. Jetzt sind diese „Unkräuter“ wertvolle Hinweise, die uns nicht nur Aufschluss darüber geben, welche Chemikalien in diesen kosmischen Gaswolken vorhanden sind, sondern auch wichtige Informationen über die Bedingungen in diesen Wolken liefern können “, sagte DeLucia.
"Dies ist eine neue Ära in der Astrochemie", sagte Suzanna Randall vom ESO-Hauptsitz in Garching. "Diese neuen Techniken werden unser Verständnis der faszinierenden Baumschulen, in denen neue Sterne und Planeten geboren werden, revolutionieren."
Remijan wies darauf hin, dass die neuen Techniken auch an andere Teleskope angepasst werden können, darunter das riesige Green Bank-Teleskop der National Science Foundation in West Virginia und Laboreinrichtungen wie die der University of Virginia. "Dies wird die Art und Weise, wie Astrochemiker Geschäfte machen, verändern", sagte Remijan.
Über das National Radio Astronomy Observatory