Sauerstoff ist nach Wasserstoff und Helium das dritthäufigste Element im Universum. Es spielt nicht nur auf der Erde eine Schlüsselrolle, sondern auch in der Chemie interstellarer Wolken, in denen Sterne entstehen. Betrachtet man die – mittlerweile gut verstandenen – Reaktionen, die dort stattfinden, zeigt sich: Ein nicht unbeträchtlicher Teil des Gases muss in Form von Sauerstoffmolekülen vorliegen, in denen zwei Sauerstoffatome aneinander gekoppelt sind. Diese Moleküle halten sich bisher jedoch erfolgreich versteckt: Lediglich zweimal in den vergangenen Jahren gelang es, überhaupt Hinweise auf molekularen Sauerstoff zu finden – beide Male ließen sich die Messungen jedoch nicht reproduzieren, und beide Mal lag die berechnete Konzentration weit unterhalb der theoretisch vorhergesagten. Erst jetzt hat ein internationales Astronomenteam mithilfe des Weltraumteleskops Herschel erstmals klare Signale des vermissten Moleküls entdeckt – im Orionnebel, einer interstellaren Gaswolke.
Die Wissenschaftler hatten das Weltraumteleskop gezielt auf den Orionnebel gerichtet. Diese Region im Sternbild Orion gilt als eins der aktivsten Sternentstehungsgebiete in unserer kosmischen Nachbarschaft. In solchen Bereichen heizt sich das interstellare Gas überdurchschnittlich stark auf – und genau diesen Effekt wollten sich die Forscher bei ihrer Suche nach dem vermissten Sauerstoff zunutze machen. Einer gängigen Theorie zufolge ist der molekulare Sauerstoff nämlich deswegen nicht aufzuspüren, weil die Moleküle in kalten Gebieten regelrecht an der Oberfläche von Staubpartikeln festfrieren und in dieser Form mit Wasserstoff zu Wasser reagieren. Das Wasser bildet schließlich eine feste Eis-Schale um das Staubkorn, in der der Sauerstoff eingeschlossen ist. Gelangen diese Partikel dann in wärmere Gefilde, sollte der Theorie nach das Eis wieder schmelzen, und die Reaktionen können in umgekehrter Reihenfolge ablaufen. Als Folge davon sollte sich freier molekularer Sauerstoff beobachten lassen.
Tatsächlich hatten die Astronomen mit den hochsensiblen Infrarotsensoren des HIFI (Heterodyne Instrument for Far Infrared) an Bord von Herschel Erfolg: Sie fingen gleich bei drei verschiedenen Wellenlängen typische O 2 -Signale auf. Und auch die Mengenhochrechnungen entsprechen eher der erwarteten Größenordnung: Hatten die beiden früheren Messungen auf maximal ein Sauerstoffmolekül pro 10 Millionen Wasserstoffmoleküle schließen lassen, ergeben die neuen Daten ein Verhältnis von einem Sauerstoffmolekül auf eine Million Wasserstoffmoleküle. Das liegt zwar immer noch um einen Faktor zehn zu niedrig – theoretisch sollte es ein O 2 -Molekül auf 100.000 H 2 -Moleküle geben -, zeige aber, dass man jetzt zumindest einen Teil des vermissten Sauerstoffs entdeckt habe, kommentiert das Team.
Dennoch: “Wir haben immer noch keine großen Mengen gefunden, und wir verstehen auch nicht, was an den Stellen, wo wir den Sauerstoff entdeckt haben, so besonders ist”, sagt Studienleiter Paul Goldsmith vom Jet Propulsion Laboratory der NASA. Er und seine Kollegen wollen ihr Augenmerk – und Herschels Instrumente – jetzt auf weitere Regionen richten, in denen viele Sterne entstehen, um dem noch fehlenden Sauerstoff auf die Spur zu kommen.
Paul Goldsmith (JPL, Caltech) et al.: Astrophysical Journal, in press wissenschaft.de – Ilka Lehnen-Beyel
