Jedes Molekül besitzt somit einen Fingerabdruck, der sich in einem Spektrum aufspüren lässt. Allerdings verändern sich Linienstärken mit der Temperatur und dem Druck: Je wärmer die Umgebung ist, desto mehr Linien in unterschiedlicher Stärke tauchen auf. Und je mehr Atome ein Molekül besitzt, desto mehr mögliche Strahlungsfrequenzen besitzt es – und die Intensitäten der einzelnen Linien werden immer schwächer. Das macht es letztlich so schwierig, komplexe Moleküle wie die Aminosäure Glyzin zu identifizieren.

Auf der Erde empfangen die Astronomen aus einer interstellaren Wolke eine Fülle von Strahlung bei bestimmten Frequenzen, die viele Molekülsorten bei unterschiedlichen Schwingungs- und Rotationsmoden ausgesandt haben. Die Liniensysteme können sich auch noch überlappen, was die Datenauswertung zusätzlich erschwert.

Fingerabdruck auf Handball

	Radiobild einer Molekülwolke (oben) und Spektren des Kohlenmonoxidmoleküls (unten) © MPI für Radioastronomie

Die Identifikation der Ingredienzien der kosmischen Chemieküche ist nun vergleichbar mit dem Versuch, auf einem Handball nach dem Spiel einen speziellen Fingerabdruck zu finden. Überall auf der Welt ermitteln Physiker in Laborexperimenten die Frequenzen, bei denen Moleküle strahlen können. Karl Menten profitierte hier insbesondere von einer jahrzehntelangen Zusammenarbeit mit dem Spektroskopie-Laboratorium des Kölner Observatoriums für Submillimeter-Astronomie (KOSMA) am I. Physikalischen Institut der Universität zu Köln.

„Die nahezu einmalige Kombination von Laborspektroskopie, instrumenteller Entwicklung und direkter Anwendung in astrophysikalischen Fragestellungen hat in den vergangenen Jahren im Rahmen des DFG-Sonderforschungsbereichs 494 gezeigt, wie erfolgreich ein solcher Ansatz sein kann“, sagt Menten.

Die Zusammenarbeit führte in der Vergangenheit häufiger zu Entdeckungen neuer, im interstellaren Medium bis dahin unbekannter Molekülsorten. Darunter waren so exotische Varianten wie 13C17O (seltene Isotope), SiN, Kohlenstoffketten wie HCCCN sowie FeO, die erste metallhaltige Verbindung. Der jüngste Fund ist das extrem exotische Fluoromethylidinium- Ion (CF+), das gerade in einer konzertierten Aktion von APEX und IRAM identifiziert wurde.

Suche nach „Lieblingsmolekül
Mentens derzeitiges Lieblingsmolekül, das er unbedingt nachweisen möchte, ist Amino-Aceto-Nitril (NH2CH2CN). Es bildet eine chemische Vorstufe der Aminosäure Glyzin und wäre somit schon ganz nahe dran am Heiligen Gral. Vielleicht haben die Bonner dieses Molekül sogar schon gefunden, ohne es aber eindeutig beweisen zu können. So haben sie in Richtung des Kerns von einer dichten Wolke nahe dem Zentrum der Milchstraße ein Spektrum bei etwa drei Millimeter Wellenlänge aufgenommen. Es zeigt rund 3600 Moleküllinien.

„Etwas mehr als die Hälfte der Linien in diesem Dschungel konnten wir 48 Molekülsorten und etwa 60 isotopischen Varianten zuordnen“, erklärt der Max-Planck- Direktor. Der Rest hat sich bislang erfolgreich gegen einen eindeutigen Nachweis gewehrt.