Lichtjahre entfernt nach den Bausteinen des Lebens zu suchen, ist eine wichtige Aufgabe des James-Webb-Weltraumteleskops. Aber woher weiß es, wonach es suchen soll? Ph.D. Die Studentin Marina Gomes Rachid bietet eine helfende Hand, indem sie Moleküle kartiert, die im Weltraum existieren könnten.
Stellen Sie sich die Scheinwerfer eines Autos an einem nebligen Tag vor. Im Nebel wird ein Lichtstrahl sichtbar, der in der Luft schwebende Feuchtigkeitspartikel sichtbar macht, die das Licht absorbieren und reflektieren. In ähnlicher Weise beobachtet das James Webb Space Telescope (JWST), wie Sterne Infrarotlicht durch den Weltraum senden und dabei die Moleküle sichtbar machen, auf die sie treffen. In scheinbar leeren Bereichen des Weltraums erscheinen Wolken, die mit kleinsten Partikeln gefüllt sind.
Aber es ist sehr schwierig, die Moleküle zu identifizieren, die das Infrarotlicht enthüllt, bleibt sehr schwierig. Selbst für ein ausgeklügeltes Gerät wie das JWST ist das das größte seiner Art.
Hier kommt die Forschung von Gomes Rachid ins Spiel. In den letzten vier Jahren, während ihrer Ph.D. am Labor für Astrophysik der Universität Leiden identifizierte der Brasilianer einige der Moleküle, auf die das Weltraumteleskop stoßen könnte. Dank dieser Forschung konnte sie dem JWST einen unschätzbaren Datensatz zur Verfügung stellen.
Marina nennt es die „Chemie der Lüfte“: die Sterne aus der Sicht eines Chemikers zu betrachten. Das bietet eine ganz neue Perspektive. Der Weltraum mag unermesslich groß sein, aber jeder Planet oder Komet besteht aus winzigen Molekülen, die zu klein sind, um sie mit bloßem Auge zu sehen. Und sie sagen Ihnen mehr über unser Universum und letztendlich über uns selbst, als Sie vielleicht denken.
Gomes Rachid interessiert sich für die Moleküle, die in der Frühphase der Entstehung eines neuen Sterns entstehen, wenn eine riesige Wolke aus Gas und Staub im All umherschwebt. Hier spielt sich die kosmische Chemie ab.
Frühere Forschungen hatten bereits gezeigt, dass in diesem interstellaren Gas viele organische Moleküle vorhanden sind. Organische Moleküle sind Verbindungen, die Kohlenstoff (C) enthalten, wie Methan (CH4), und sie sind der Schlüssel zum Leben. Aber der Ph.D. Der Kandidat wollte noch einen Schritt weiter gehen und herausfinden, wo diese Moleküle gebildet werden.
Dazu musste sie die Bedingungen im tiefsten Kern dieser Gaswolken simulieren. Dort kann die Temperatur bis zu minus 250 Grad Celsius erreichen, wodurch fast alle Materialien gefrieren. „In diesem kalten Innenraum ist die kosmische Luft etwas dichter“, sagt Gomes Rachid. „Das heißt, Atome und Moleküle rücken in dem gefrorenen Material näher zusammen und neue Moleküle werden gebildet.“
Im Leidener Labor beobachtete sie, wie diese gefrorenen organischen Moleküle das auf sie gerichtete Infrarotlicht absorbierten. Sie betrachtete, wie jedes Molekül das Licht absorbierte, maß seinen „Fingerabdruck“ und fügte ihn einer Datenbank hinzu. Dank dieser Informationen weiß das James-Webb-Weltraumteleskop nun genau, wie all diese winzigen Moleküle im Infrarotlicht aussehen.
Moleküle, die Lichtjahre von uns entfernt sind, mögen ein wenig abstrakt klingen, aber sie sagen uns etwas darüber, woher das Leben kommt. „Wenn diese Moleküle in den gefrorenen Kernen vorhanden sind, wie wir es erwarten, würde dies bedeuten, dass präbiotische Moleküle im Weltraum gebildet werden können“, sagt Gomes Rachid. „Man könnte sie als Starterkit fürs Leben betrachten. Es geht also auch um unsere eigene Herkunft.“