Ob Essigsäure, Formaldehyd oder die fußballförmigen Fullerene: Astronomen haben schon eine ganze Reihe von organischen Molekülen im Weltraum nachgewiesen. Die meisten von ihnen finden sich im Umfeld junger Sterne, in Planetarischen Nebeln oder den leuchtenden Überresten von Supernovae. In kühlen, staubigen Molekülwolken vieler Sternenwiegen haben Astronomen auch schon zahlreiche komplexere organische Verbindungen wie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) beobachtet. Diese ringförmigen, durch Doppelbindungen verknüpften Kohlenwasserstoffe gelten auf der Erde als Luftschadstoff, im Weltall jedoch dienen diese Moleküle als Kondensationskeime für interstellaren Staub und spielen eine wichtige Rolle für die Bildung neuer Sterne. “Diese großen Moleküle sind im Kosmos sogar relativ häufig”, erklärt Erstautor Justin Spilker von der Texas A&M University. “Dort, wo man diese Moleküle gefunden hat, strahlen meist auch Babysterne.”
Mit dem MIRI-Spektrometer und einer Gravitationslinse
Jetzt ist es dem Team um Spilker erstmals gelungen, solche organischen Moleküle auch im frühen Kosmos nachzuweisen. Dafür nahmen sie die rund zwölf Milliarden Lichtjahre entfernte Galaxie SPT0418-47 mit dem MIRI-Spektrometer des James-Webb-Teleskops ins Visier. Die Wahl fiel auf diese Galaxie, weil ihr Licht durch das Phänomen des Gravitationslinseneffekts verstärkt und vergrößert wurde. Dieser Effekt entsteht, wenn sich ein massereiches Vordergrundobjekt wie ein Galaxienhaufen oder eine große Galaxie so vor ein fernes Objekt schiebt, dass dessen Licht von der schwerkraftbedingten Krümmung der Raumzeit abgelenkt und verzerrt wird. Das Vordergrundobjekt wirkt dadurch wie eine Art Lupe. “Indem wir die Leistungsfähigkeit des Webb-Teleskops mit diesem natürlichen Vergrößerungsglas kombinierten, konnten wir mehr Details erkennen als normalerweise möglich”, erklärt Spilker.
Mithilfe des MIRI-Spektrometers suchten die Astronomen in der Galaxie SPT0418-47 gezielt nach der spektralen Signatur von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen. Diese hinterlassen typischerweise eine gut sichtbare Spektrallinie im Bereich von 3,3 Mikrometer Wellenlänge. “Diese 3,3 Mikrometer-Linie – die PAK-Signatur mit der kürzesten Wellenlänge – entsteht durch die Vibrationsmodi der Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen im PAK-Molekül”, erklären die Forscher. “Sie wird nur von kleinen neutralen PAKs mit weniger als 100 Kohlenstoffatomen emittiert.” Tatsächlich gelang es den Astronomen, diese Signatur in der fernen Galaxie SPT0418-47 aufzuspüren. Nähere Analysen bestätigten, dass diese Spektrallinie nicht von anderen möglichen Quellen solcher spektralen Signaturen stammen konnte, wie beispielsweise dem Staub um einen aktiven Galaxienkern. Stattdessen stammt das Signal mit hoher Wahrscheinlichkeit von organischen Molekülen aus dem kühlen Gas und Staub im Umfeld von Sternbildungszonen, wie die Astronomen berichten.
