MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die Erforschung der chemischen Vielfalt im Weltraum ist ein faszinierendes Feld, das Wissenschaftler weltweit beschäftigt. Besonders die Rolle von Phosphor, einem Element, das auf der Erde zentral für das Leben ist, wirft viele Fragen auf.
Die Astrochemie ist ein spannendes Forschungsgebiet, das sich mit der chemischen Zusammensetzung astronomischer Objekte wie Planeten, Kometen und interstellaren Gaswolken befasst. Eine der größten Herausforderungen besteht darin, zu verstehen, wie diese Vielfalt aus dem kosmischen Kreislauf von Sternengeburt und -zerstörung entsteht. Dabei spielen Moleküle, die in kalten Staub- und Eiswolken entstehen, eine zentrale Rolle.
Phosphor, ein Element, das auf der Erde unter anaeroben Bedingungen vorkommt, wurde auch in den Atmosphären von Gasriesen und im fernen interstellaren Medium nachgewiesen. Phosphate sind in bestimmten Meteoriten und auf dem Saturnmond Enceladus vorhanden. Die Frage, wie Phosphor zwischen diesen Umgebungen wandert und schließlich auf der Erde zentral für das Leben wurde, ist von großem Interesse.
In terrestrischen Laboren untersuchen Wissenschaftler die Eigenschaften unbekannter Moleküle, die im interstellaren Raum vorkommen könnten. Ein Team des Instituts für Physikalische Chemie der Polnischen Akademie der Wissenschaften in Warschau, unter der Leitung von Prof. Robert Kołos, widmet sich dieser Aufgabe. Sie arbeiten mit Prof. Jean-Claude Guillemin von der Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes in Frankreich zusammen.
Ihre jüngste Studie untersucht die Photochemie von Phosphabutyne (CH3CH2CP). Eingebettet in inertes Eis und ultraviolettem Licht ausgesetzt, zeigte das Molekül sowohl Isomerisierung als auch Wasserstoffverlust. Die wichtigen Produkte Phosphabutadiyn (HC3P) und Vinylphosphaethyn (H2CCHCP) wurden beobachtet. Diese Moleküle sind sehr reaktiv und daher unter normalen Laborbedingungen instabil.
Durch die Verwendung einer kryogenen Technik, bei der eine kleine Menge Phosphabutyne bei etwa 10 Kelvin in ein aus Argon bestehendes Eis eingefroren wurde, konnten die Moleküle stabilisiert und spektroskopisch charakterisiert werden. Die Untersuchung mit infrarotem Licht offenbarte die Frequenzen der Molekülschwingungen, die für jedes Produkt einzigartig sind. Quantenchemische Berechnungen halfen, diese Frequenzen mit spezifischen chemischen Verbindungen abzugleichen.
Die Studie zeigt, wie ultraviolettes Licht bestimmte Phosphorderivate in einer chemisch inerten eisigen Umgebung abbauen kann. Dies ist ein erster Schritt zum Verständnis der Reaktionen im interstellaren Medium. Fortschritte in der Instrumentierung ermöglichen es, Moleküle in immer geringeren Konzentrationen zu identifizieren. HC3P, das Phosphor-Analogon des bekannten Astromoleküls HC3N, könnte ein Kandidat für die Detektion mit dem James Webb Space Telescope sein.
Die Arbeit wurde finanziell vom PHC Polonium Projekt unterstützt. Die Isomerisierung von Phosphabutyne und der photochemische Weg zu Phosphabutadiyn (HC3P) stellen einen bedeutenden Fortschritt in der Astrochemie dar.
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