Überleben von organischen Molekülen im Weltraum: Ein neues Verständnis

LONDON (IT BOLTWISE) – Im unermesslichen Vakuum des Weltraums, wo ultraviolette Strahlung und molekulare Kollisionen herrschen, überleben organische Moleküle, die als polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAHs) bekannt sind, auf mysteriöse Weise. Diese Moleküle, die eine bedeutende Kohlenstoffquelle darstellen, sind entscheidend für das Verständnis der Verbreitung der Bausteine des Lebens im Universum.

Die Existenz von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAHs) im interstellaren Raum stellt Wissenschaftler vor ein Rätsel. Diese organischen Moleküle, die in sterbenden Sternen entstehen und durch Supernovae in das interstellare Medium gelangen, sind wider Erwarten in kalten interstellaren Wolken nachweisbar. Trotz der harschen Bedingungen, die durch ultraviolette Strahlung und molekulare Kollisionen entstehen, überleben insbesondere kleine PAHs.

Ein Forscherteam hat nun einen Mechanismus identifiziert, der das Überleben dieser Moleküle erklärt. In Experimenten unter weltraumähnlichen Bedingungen wurde gezeigt, dass PAHs durch einen Prozess namens rekurrente Fluoreszenz einen Teil der zerstörerischen Schwingungsenergie abgeben können. Diese Energie wird durch ultraviolette Photonen und molekulare Kollisionen erzeugt. Die Erkenntnisse könnten Theoretikern helfen, die Verbreitung der Lebensbausteine im Kosmos besser zu modellieren.

Traditionell ging man davon aus, dass nur große PAHs mit 50 oder mehr Kohlenstoffatomen überleben können, da sie durch Infrarotstrahlung effizient kühlen. Diese radiative Kühlung funktioniert jedoch nicht effektiv für kleinere Moleküle. Die neue Forschung zeigt, dass rekurrente Fluoreszenz eine entscheidende Rolle bei der Stabilisierung kleiner PAHs spielt. Ein Molekül kann sich in einen elektronisch angeregten Zustand versetzen und ein Photon emittieren, das einen Großteil seiner Schwingungsenergie abführt.

Die Experimente wurden an der DESIREE-Kryo-Ionenspeicherringanlage der Universität Stockholm durchgeführt. Hierbei wurden ionisierte Formen von Inden, einem PAH, das in interstellaren Gaswolken nachgewiesen wurde, untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass der Stabilisationsprozess fünfmal schneller abläuft als bei Systemen, die ausschließlich durch Infrarotemission gekühlt werden.

Die Forscher nutzten molekulardynamische Simulationen, um die Mechanismen hinter der Stabilisierung zu verstehen. Sie fanden heraus, dass rekurrente Fluoreszenz, Infrarotemission und Dissoziation konkurrierende Prozesse sind, die das Schicksal eines angeregten Moleküls bestimmen. Modelle, die rekurrente Fluoreszenz ausschließen, überschätzen die Dissoziationsrate erheblich.

Diese Forschungsergebnisse sind von großer Bedeutung für die Astrochemie. Sie bieten neue Einblicke in die Überlebensstrategien kleiner PAHs im interstellaren Medium und könnten helfen, die Modelle zur Lebensdauer und Verbreitung dieser Moleküle zu verfeinern. Die nächste Herausforderung besteht darin, diese Erkenntnisse in bestehende Modelle zu integrieren, um ein besseres Verständnis des interstellaren Lebenszyklus von PAHs zu erlangen.

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