Herschel-Satellit weist Spektrallinien organischer Moleküle nach Forscher nehmen Fingerabdrücke im Orion-Nebel - scinexx | Das Wissensmagazin
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Herschel-Satellit weist Spektrallinien organischer Moleküle nach

Forscher nehmen Fingerabdrücke im Orion-Nebel

Darstellung des Satelliten Herschel mit dem derzeit größten Teleskopspiegel im Weltall, an Bord dessen das HIFI Instrument seine Daten aufnimmt. © ESA / AOES Medialab; Hintergund: Hubble Space Telescope (NASA / ESA / STScI)

Das Weltraumteleskop Herschel hat die spektralen Fingerabdrücke einer Reihe organischer Moleküle im Orion-Nebel, einer der nächstgelegenen Sternentstehungsregionen in unserer Milchstraße, aufgenommen. Sie bieten einen reichen Schatz an Informationen darüber, wie sich organische Moleküle im Weltraum bilden.

Der Herschel-Satellit ist eines der Schlüsselprojekte der Europäischen Weltraumagentur ESA mit wissenschaftlichen Instrumenten, die von unterschiedlichen Konsortien europäischer Institute und der NASA entwickelt wurden. Das Spektrum ist nun mit einem der drei neuartigen Empfangsinstrumente an Bord von Herschel, dem „Heterodyn-Instrument für den FernInfrarotbereich“ (HIFI), im Februar 2010 beobachtet worden. Es zeigt eine große Fülle einzelner Strukturen, die einen ganzen Wald von Spektrallinien bilden. Jede dieser Linien steht für die Strahlung eines ganz bestimmten Moleküls in diesem Gasnebel, der als eine der produktivsten chemischen Fabriken im Weltraum gilt.

Bildung der Moleküle noch unklar

Die einzelnen Schritte, die zur Bildung der Moleküle führen, sind allerdings noch nicht sehr gut verstanden, so die Forscher. Bei der ersten Durchsicht des Orion-Spektrums ist es den Astronomen gelungen, bereits eine Reihe der Linien, die sich durch das ganze Spektrum ziehen, bekannten Molekülen zuzuordnen. Die Identifikation weiterer Linien ist in Arbeit.

Eine Besonderheit im Spektrum des Orion-Nebels ist seine Reichhaltigkeit: unter den identifizierten organischen Molekülen finden sich Wasser, Kohlenmonoxid, Formaldehyd, Methanol, Dimethyläther, Zyanwasserstoff, Schwefeloxid und Schwefeldioxid nebst einer Reihe von Isotopomeren. Es steht nach Ansicht der Wissenschaftler zu erwarten, dass auch bisher im Weltraum nicht nachgewiesene Moleküle im Spektrum gefunden werden.

„Dieses HIFI-Spektrum, und viele weitere, die folgen werden, bieten eine Vielfalt von Informationen darüber, wie sich organische Moleküle in einem Gebiet aktiver Sternentstehung bilden. Alles deutet darauf hin, dass wir ein tieferes Verständnis der chemischen Vorgänge im Weltraum erhalten sobald wir über die vollständigen spektralen Daten verfügen“, sagt Edwin Bergin von der Universität Michigan, der Leiter des HEXOS-Projekts, in dessen Rahmen das Sternentstehungsgebiet im Sternbild Orion mit HIFI untersucht wird.

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HIFI-Spektrum des Orion-Nebels, dargestellt vor dem Hintergrund der Ferninfrarot-Aufnahme des Nebels mit dem Spitzer-Teleskop der NASA. Die Besonderheit dieses Spektrums ist die Reichhaltigkeit an Spektrallinien: unter den bisher identifizierten Molekülen finden sich Wasser, Kohlenmonoxid, Formaldehyd, Methanol, Dimethyläther, Zyanwasserstoff, Schwefeloxid und Schwefeldioxid mit verschiedenen Isotopomeren. Die Identifikation weiterer, bisher unbekannter Moleküle aus diesem Spektrum ist zu erwarten. Das Spektrum gibt einen Eindruck der chemischen Vielfalt in Regionen von Stern- und Planetenentstehung. © ESA / XEXOS & HIFI Konsortium / E. Bergin)

Extrem hohe Auflösung

HIFI wurde entwickelt, um Spektren mit extrem hoher Auflösung zu erhalten und einen neuen Wellenlängenbereich im Ferninfraroten für spektrale Untersuchungen zugänglich zu machen, der für bodengebundene Teleskope unerreichbar bleibt. „Es ist schon erstaunlich, zu sehen, wie gut HIFI arbeitet“, sagt Frank Helmich vom Netherlands Institute for Space Research (SRON), Projektleiter von HIFI. „Wir haben dieses Spektrum mit nur ein paar Stunden Messzeit erhalten und es schlägt bereits alles, was wir aus anderen Wellenlängenbereichen kennen. Organische Moleküle sind überall in diesem Spektrum, und wir finden sie selbst bis hinunter zu schwächsten Spektrallinien – das zeigt die Genauigkeit von HIFI. Die Entwicklung des Instruments hat acht Jahre gebraucht, aber die Wartezeit hat sich gelohnt!“

Die Zuordnung der zahlreichen Spektrallinien im Orion-Spektrum zu Linienübergängen bestimmter Moleküle erfordert ausgefeilte Werkzeuge wie beispielsweise die Kölner Datenbank für Molekülspektroskopie (CDMS), in der die Labordaten von Hunderten von Molekülen und präzise Linienvorhersagen zusammengestellt sind. „Die hohe spektrale Auflösung von HIFI zeigt die atemberaubende Fülle an Molekülen, die trotz der unwirtlichen Bedingungen mit den Geburtsstätten von Sternen und Planeten einher geht“, kommentiert Jürgen Stutzki, ebenfalls HIFI-Projektleiter von der Universität zu Köln.

(Universität zu Köln / Max Planck Institut für Radioastronomie / Max Planck Instituts für Sonnensystemforschung, 08.03.2010 – DLO)

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