7 Minuten
Stellen Sie sich einen ringförmigen Verbund von Atomen in der Größe eines Würfels Zucker vor, geschmiedet in Kälte und Dunkelheit, der durch eine Wolke treibt, aus der eines Tages Sterne entstehen werden. Dieses Bild wirkt plötzlich weniger fantastisch: Astronominnen und Astronomen haben Thiepin, einen sechsgliedrigen Schwefelring (2,5‑Cyclohexadien‑1‑thion, C6H6S), in einer interstellaren Wolke nahe dem Zentrum der Milchstraße nachgewiesen.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max‑Planck‑Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) und des CSIC‑INTA Centro de Astrobiología (CAB) untersuchten eine dichte Molekülwolke mit der Bezeichnung G+0.693–0.027, etwa 27.000 Lichtjahre entfernt. Was sie dort fanden, verändert die chemische Checkliste für Regionen, aus denen später Planetensysteme entstehen: eine 13‑Atom‑große, ringförmige Schwefelverbindung, die zuvor im Weltraum nicht beobachtet wurde.
Forscherinnen und Forscher entdeckten das erste sechsgliedrige Schwefelring‑Molekül in einer interstellaren Wolke.
Entdeckung und Nachweis
Wie beweist man, dass etwas so Kleines über tausende Lichtjahre existiert? Zunächst stellt man es auf der Erde her. Im Labor setzten die Forschenden flüssiges Thiophenol (C6H5SH) einer 1.000‑Volt‑Elektronenentladung aus, wodurch ein Gemisch von Reaktionsprodukten entstand. Ein speziell angefertigtes Spektrometer registrierte unter diesen Produkten den charakteristischen Radiofrequenz‑Fingerabdruck von Thiepin. Kurzer Satz. Klare Erkenntnis.
Mit diesem Fingerabdruck durchsuchten die Astronominnen und Astronomen anschließend Radiodaten der IRAM‑30‑Meter‑Teleskops und des Yebes‑40‑Meter‑Teleskops in Spanien. Die Übereinstimmung war eindeutig: Emissionslinien in der Molekülwolke stimmten mit dem Laborspektrum überein. Diese Übereinstimmung ist die entscheidende Spur – ein Molekül, identifiziert nicht durch sichtbares Licht, sondern durch seine Art, Radiowellen in spezifischen Rotationsübergängen anzuregen.
Technisch beruht der Nachweis auf Rotations‑ und feiner Splitting‑Spektroskopie: jedes Molekül hat eine einzigartige Serie von Rotationsübergängen im Mikrowellen‑ und Millimeterbereich, die von Labormessungen sehr präzise vorhergesagt werden können. Durch Vergleich der Frequenzen, Linienbreiten und relativen Intensitäten konnten die Forschenden die Identität von Thiepin mit hoher Sicherheit zuordnen und Verunreinigungen oder nahe verwandte Spezies ausschließen.
Bisher war die interstellare Schwefelchemie auf vergleichsweise kleine Spezies beschränkt — Moleküle mit sechs Atomen oder weniger — obwohl Meteoriten‑ und Kometenproben ein viel vielfältigeres Spektrum schwefelhaltiger organischer Verbindungen zeigen. Thiepin überbrückt diese Lücke. Strukturell erinnert es an Verbindungen, die in primitive Solar‑System‑Materialien gefunden wurden, und deutet darauf hin, dass komplexe organische Moleküle lange vor der eigentlichen Stern‑ und Planetenbildung entstehen können.
Hinzu kommt: G+0.693–0.027 ist eine chemisch reiche, relativ kühle und sternlose Region nahe dem galaktischen Zentrum, in der kosmische Strahlung, Schockwellen und partielle UV‑Bestrahlung komplexe Reaktionspfade auf Körneroberflächen und in der Gasphase antreiben können. Solche Umweltbedingungen begünstigen die Bildung größerer, ringförmiger Moleküle wie Thiepin und erhöhen die Chance, sie in Radiowellen zu beobachten.
Wasser in der planetenbildenden Scheibe um den Stern V883 Orionis (künstlerische Darstellung)
Warum das wichtig ist
Warum sollte ein einzelnes Molekül von Bedeutung sein? Chemie ist eine Form der Kommunikation: Jedes neu entdeckte Molekül erweitert die Grammatik dieses Gesprächs und beeinflusst Theorien darüber, wie die Bausteine des Lebens sich zusammenlagern. Wenn ein ringförmiges Schwefelmolekül in einer kalten, sternlosen Wolke existieren kann, dann sind die Vorstufen für biologisch relevante Chemie früher und weiter verbreitet vorhanden als viele Modelle bisher angenommen haben.
Erstautor Mitsunori Araki und seine Kolleginnen und Kollegen beschreiben den Nachweis als die erste eindeutige Identifikation eines komplexen, schwefelhaltigen Rings im interstellaren Medium. Co‑Autor Valerio Lattanzi hebt hervor, dass ein Molekül, das chemisch mit Verbindungen in Kometen verwandt ist, bereits in einer jungen, sternlosen Wolke existiert — eine chemische Grundlage, die der Sternentstehung vorausgeht.
Dieses Ergebnis passt in ein größeres Bild: Jüngste Labor‑ und Beobachtungsstudien — darunter Experimente, die spontane Bildung von Peptiden unter weltraumähnlichen Bedingungen zeigen — deuten darauf hin, dass präbiotische Chemie kein seltener Spezialfall ist. Vielmehr könnte sie in das Grundgewebe molekularer Wolken eingewoben sein und später durch Kometen und Meteoriten zu den entstehenden Welten geliefert werden.
Aus chemischer Sicht ist Schwefel ein besonders interessanter Baustein: In irdischer Biochemie spielt Schwefel eine essentielle Rolle (z. B. in Aminosäuren wie Cystein und Methionin und in enzymatischen Kofaktoren). Das frühe Vorkommen komplexer Schwefelorganika im interstellaren Medium könnte somit direkte Implikationen dafür haben, welche chemischen Schlüsselkomponenten Planeten bereits vor ihrer Ausbildung mitbekommen.
Die wahrscheinlichen Bildungswege für ringförmige Schwefelverbindungen wie Thiepin sind Gegenstand aktueller Forschung: Möglich sind Gasphasenreaktionen zwischen kleineren Schwefel‑ und Kohlenstoffradikalen, Oberflächenreaktionen auf Eis‑ und Staubkörnern mit nachfolgender thermischer oder energetischer Verarbeitung (UV‑Photolyse, kosmische Strahlen), sowie Reaktionen, die Sulfid‑ oder Thion‑Funktionalitäten in bereits vorhandenen kohlenstoffreichen Ringen integrieren. Die Laborarbeit, die zum Fingerabdruck von Thiepin führte, hilft, diese Wege quantitativ einzuschätzen.
Die unmittelbaren nächsten Schritte sind konzeptionell einfach, in der Ausführung aber herausfordernd: andere molekülreiche Wolken nach weiteren schwefelhaltigen Ringen durchsuchen und die Laborspektroskopie auf wahrscheinliche Verwandte von Thiepin ausdehnen. Gelingt das, wächst unser Inventar interstellarer organischer Verbindungen — und damit unser Verständnis darüber, wie die Zutaten für Leben vom Weltraum auf Planeten gelangen.
Solche Entdeckungen liefern nicht alle Antworten; sie werfen neue Fragen auf: Wo sonst verstecken sich komplexe Schwefelmoleküle? Welche Rolle spielen Staubkörner und Eisoberflächen bei ihrer Entstehung? Und wie viele weitere Schritte trennen einfache interstellare Gase von der Chemie, die schließlich biologische Prozesse ermöglicht? Die Suche hat gerade erst begonnen.
Aus Sicht der Beobachtungsastronomie eröffnen diese Ergebnisse auch methodische Perspektiven: Die Kombination aus präziser Laborreferenzspektroskopie und breit angelegten Millimeter‑/Submillimeter‑Durchmusterungen ist besonders effektiv, um seltene oder komplexe Spezies aufzuspüren. Neue Instrumente mit höherer Empfindlichkeit und besserer spektraler Auflösung werden die Zahl der nachweisbaren organischen Moleküle im interstellaren Medium weiter erhöhen und so ein detaillierteres Bild der chemischen Evolution vor der Planetenbildung liefern.
Für die Astrobiologie bedeutet der Nachweis von Thiepin zusätzlich, dass künftige Missionen, die Proben von Kometen oder Asteroiden zur Erde bringen, eine noch breitere Palette von Vergleichsverbindungen liefern könnten. Wenn Analytik auf Proben von Kleinkörpern ähnliche schwefelhaltige Ringe nachweist, ließe sich die Verbindungslinie zwischen interstellarer Chemie und dem materiellen Inventar des frühen Sonnensystems enger ziehen.
Kurzfristig sollten Forscherteams die bekannten Datenarchive erneut durchsuchen, während Labore gezielt Spektren möglicher Isomere und Substitutionsvarianten von Thiepin aufnehmen. Langfristig sind systematische Kartierungen molekülreicher Regionen, kombiniert mit modellgestützter Chemie, nötig, um Entstehungsraten, Lebensdauern und Verbreitung komplexer Schwefelverbindungen in der Galaxie zu verstehen. Nur so lassen sich quantitative Aussagen darüber treffen, wie häufig und wie reichhaltig präbiotisches Material verteilt ist.
Zusammenfassend zeigt der Fund von Thiepin: Die chemische Komplexität des interstellaren Mediums ist größer als angenommen, und Schwefelhaltige ringförmige Moleküle sind realistische Bestandteile jener Reservoirs, aus denen Sterne und Planeten hervorgehen. Das verschiebt die Ausgangsbedingungen für die chemische Evolution von Planeten und liefert neue Ansatzpunkte für die Erforschung der Ursprünge von Leben.
Quelle: sciencealert
Kommentar hinterlassen