Schon in der Entstehungsphase neue Sonnensysteme befinden sich in der Staubwolke, aus der sich Sterne oder Planeten bilden, zahlreiche wichtige Moleküle. Dazu zählen zum Beispiel Wasser, aber auch komplexe organische Moleküle – also Moleküle aus mindestens sechs Atomen, von denen mindestens eines Kohlenstoff ist. Teleskopdaten haben solche Moleküle bereits in zahlreichen Systemen nachgewiesen, sodass es mittlerweile als gesichert gilt, dass die Vorstufen biologischer Verbindungen im Weltall weit verbreitet sind. Bisher wurden sie allerdings nur in der Gasphase aufgespürt, nicht in fester Form.
Eisige Moleküle
„Eine der ältesten Fragen der Astrochemie ist: Was ist der Ursprung komplexer organischer Moleküle im Weltraum?“, sagt Will Rocha von der Universität Leiden in den Niederlanden. „Entstehen sie in der Gasphase oder in Eismolekülen?“ Um dieser Frage auf die Spur zu kommen, nutzten Rocha und sein Team das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA. Dessen Infrarotoptiken ermöglichen es, in kalten, dunklen Molekülwolken, an denen optische uTeleskope scheitern, die Spektraldaten der einzelnen Bestandteile zu erfassen. Auf diese Weise untersuchten Rocha und sein Team zwei Protosterne: den massereichen IRAS 23385 und den leichteren IRAS 2A.
Dabei identifizierten die Forschenden zahlreiche komplexe organische Moleküle, darunter Ethanol – und zwar erstmals nicht in der Gasphase, sondern in fester Form, gebunden an eisige Staubteilchen. „Der Nachweis von komplexen organischen Molekülen in Eiskörnern deutet darauf hin, dass die komplexen Moleküle durch chemische Reaktionen in der festen Phase auf den Oberflächen kalter Staubkörner entstehen“, erklärt Rocha. Die bisher nachgewiesenen gasförmigen Moleküle könnten den Forschenden zufolge ebenfalls ursprünglich in der festen Phase entstanden sein. Je nach Umgebungsbedingungen können sie vom festen in den gasförmigen Zustand übergehen. Dieser Prozess, die sogenannte Sublimation, lässt sich beispielsweise auch bei Trockeneis aus gefrorenem Kohlendioxid beobachten. Ohne den Umweg über die flüssige Phase wird dieses bei Erwärmung sofort gasförmig.
Entstehung neuer Welten
Besonders relevant ist diese Entdeckung in Bezug auf die Entstehung neuer, potenziell bewohnbarer Planeten. „Nur wenn Wasser und organische Moleküle im festen Zustand vorliegen, ist zu erwarten, dass sie tatsächlich zu Planeten gelangen“, erklärt das Forschungsteam. Die eisigen Moleküle könnten sich zu Kometen und Asteroiden zusammenlagern, die mit den Gas- und Staubscheiben kollidieren können, aus denen sich die Planeten bilden. Auf diese Weise könnten sie die Voraussetzungen für die Entstehung von Leben schaffen.
