Infrarotspektroskopie bringt Licht ins Dunkel interstellaren Staubs
Dank der hochsensiblen Spektrographen des Herschel-Weltraumteleskops sowie des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)-Radioteleskops ist der Kenntnisstand zu interstellarer Infrarotstrahlung bereits jetzt sehr gut. Spektren dieser Wellenlänge legen eine faszinierende Fülle an Details offen, die ein Abbild der Molekülreaktionen unter lokal vorherrschende Bedingungen sind. Um das Geheimnis dieser komplexen Strukturen zu lüften, müssen große Anstrengungen zur Charakterisierung der Infrarotspektren verschiedener chemischer Spezies unter Laborbedingungen unternommen werden. Im Rahmen des EU-geförderten Projekts FISSA (The invisible made visible: Far-infrared spectroscopy in support of astrochemistry) entwickelten Forscher einen Versuchsaufbau zur Untersuchung von Analoga der Staubkörner interstellaren Staubs. Um die im interstellaren Medium vorherrschenden Bedingungen abzubilden, verwendeten die Forscher eine Thermal-Vakuum-Kammer, in welcher der Druck Tiefstwerte von bis zu 10^-8 Torr erreichen konnte und die Temperaturen zwischen 8 und 300 Kelvin lagen. Um sowohl den mittleren als auch den fernen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums abdecken zu können, wurden zur Untersuchung ein handelsübliches Spektrometer und ein vom Projektteam selbst entwickeltes verwendet. Mithilfe einer Reihe verschiedener experimenteller Verfahren – etwa temperaturprogrammierter Desorption oder Monte-Carlo-Simulationen – wurden die Absorptionsspektren von Wasser und Kohlendioxid an solchen reinen, gemischten und übereinander gelagerten Eisschichten, die astrophysikalische Relevanz besitzen, charakterisiert. Auch die Oxygenierung von Stickoxid und die Bildung größerer stickstoff- und wasserstoffhaltiger Spezies wurde unter Bedingungen verfolgt, die jenen in interstellaren Wolken ähneln. Dank dieser Studien konnten bereits tiefgreifende Erkenntnisse in die Zusammensetzung interstellaren Staubs gewonnen werden. Dieser Staub enthält Wassermoleküle sowie viele verschiedenen organische Moleküle, die als Grundvoraussetzung für die Entstehung von Leben gelten. Die Resultate mündeten in 14 Veröffentlichungen in expertengeprüften Fachzeitschriften mit großer Reichweite. Die beteiligten Forscher planen, ihre Datenbank nach Beendigung des FISSA-Projekts um größere Spezies und die Beschreibung von deren physikalischen Eigenschaften zu erweitern.
Schlüsselbegriffe
Infrarotspektroskopie, interstellarer Staub, Astrochemie, Thermal-Vakuum-Kammer, Monte-Carlo-Simulationen
