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Gespräch über Ur-Chemie im All : „Das erste Molekül will man natürlich finden”

Das Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie „Sofia“ während eines Flugs mit vollständig geöffneter Teleskoptür. Bild: Nasa

Schon lange suchen Astronomen nach jener chemischen Verbindung, die als erste nach dem Urknall entstand. Nun ist es mit dem Flugzeugobservatorium Sofia gelungen, das seltene Molekül aufzuspüren. Ein Gespräch mit Forschungsleiter Rolf Güsten.

          Es war eine lange Suche, die nun endlich ein Ergebnis vorweisen kann: das Heliumhydrid-Ion, das erste im Universum jemals gebildete Molekül, entzog sich über viele Jahrzehnte seiner Entdeckung. Wie in der Zeitschrift „Nature” berichtet wird, konnten Forscher um den Astronomen Rolf Güsten vom Bonner Max-Planck Institut für Radioastronomie nun das exotische Molekül mithilfe des Flugzeug-Observatoriums Sofia (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) nachweisen. Sie fanden es im Planetarischen Nebel NGC 7027 — in der sich ausbreitenden Gashülle eines massearmen, unserer Sonne ähnlichen Sterns, der nach dem Verbrauch seines Kernbrennstoffs seine äußeren Schichten abgestoßen hat und selbst zu einem Weißen Zwerg geworden ist. Dieser Weiße Zwerg sendet im Zentrum des Nebels intensive UV-Strahlung in die abgestoßene Gashülle und ionisiert sie dadurch. In einem bestimmten Abstand vom weißen Zwerg sind die Bedingungen genau derart, dass Heliumionen und Wasserstoff, die beiden im Universum häufigsten Elemente, zusammen existieren — und sich zu Heliumhydrid-Ionen vereinen können.

          Sibylle Anderl

          Redakteurin im Feuilleton.

          Für den Nachweis des Ions nutzten die Forscher die Tatsache, dass jedes Molekül sich im elektromagnetischen Spektrum durch einen eigenen “Fingerabdruck” in Form charakteristischer Spektrallinien verrät. Die Spektrallinie, die den Astronomen Auskunft über die Existenz des Heilumhydrid-Ions gab, besitzt eine Wellenlänge von 0,149 Millimeter und wird von der Erdatmosphäre vollständig abgeschirmt. Um den störenden Einfluss der Atmosphäre zu umgehen, wurden die Beobachtungen daher mit einem 2,7 Meter großen Teleskop aus dem Rumpf einer Boeing 747SP heraus in einer Höhe zwischen 12 und 13 Kilometern vorgenommen. Die dabei genutzte Technologie, die die Beobachtung der aussagekräftigen Spektrallinie überhaupt erst möglich machte, wurde mit dem “upGreat”-Empfänger an deutschen Instituten und federführend an der Universität zu Köln entwickelt. Wir haben mit Rolf Güsten, Astronom am Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie und Erstautor der Studie, über die Entdeckung gesprochen.

          Herr Güsten, Sie haben mit dem Flugzeug-Observatorium Sofia zum ersten Mal das Heliumhydrid-Ion HeH+ im interstellaren Medium nachweisen können. Es gilt als das erste Molekül, das nach dem Urknall im Universum entstanden ist. Warum ist dieser Nachweis etwas so besonderes?

          Zunächst liegt es in der menschlichen Natur: Wenn etwas den Titel „erstes Molekül“ trägt, dann will man es natürlich finden. Bisher war dies nicht gelungen. In der Literatur wurde schon spekuliert, dass das Molekül in seinem Grundzustand gar nicht existiert, sondern nur in angeregter Form, oder dass es extrem kurzlebig sei. Insofern kommt diesem Nachweis eine andere Bedeutung zu, als wenn man „nur“ irgendein neues Molekül findet. Der jetzt erfolgte Nachweis des HeH+ im lokalen Universum bestätigt indirekt unser Verständnis der Chemie im frühen Universum, und hat damit grundlegende Bedeutung.

          Das Sofia-Team um Forschungsleiter Rolf Güsten (6. von links).

          Dieses Molekül wurde von Ihnen in dem rund 3000 Lichtjahre entfernten Planetarischen Nebel NGC 7027 beobachtet, einem kosmischen Objekt, das entsteht, wenn massearme Sterne gegen Ende ihres Lebens große Teile ihrer Masse als expandierende Gashülle abstoßen. Hat das von Ihnen beobachtete Gas tatsächlich noch etwas mit dem Urknall zu tun?

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