Überraschung im Pferdekopfnebel

Unbekanntes exotisches Molekül identifiziert

Deutlich zeichnet sich die Dunkelwolke in der Form eines Pferdekopfes vor dem roten Glühen des Emissionsnebels IC 434 ab. Innerhalb der Dunkelwolke bilden sich Sterne. [Marco Burali, Tiziano Capecchi, Marco Mancini Osservatorio MTM]

Wegen der im Kosmos vorherrschenden Bedingungen formen sich dort Moleküle, die auf der Erde nicht existieren können. Als ein solcher Ort entpuppt sich auch der bekannte Pferdekopfnebel. Als Pferdekopfnebel (auch als Barnard 33 katalogisiert) wird eine 3 Lichtjahre große Dunkelwolke im Sternbild Orion bezeichnet. Es handelt sich dabei um eine Ansammlung von kaltem Gas und Staub, deren Form an einen Pferdekopf erinnert. Sie liegt direkt vor einem rötlich leuchtenden Emissionsnebel (also ein Nebel, der selbst Licht emittiert und nicht reflektiert), so dass sie sich vom helleren Hintergrund abhebt.

PK Hubble
Barnard 33 als Hubble-Infrarot-Aufnahme [NASA/ESA/Hubble Heritage Team]
Die Gasmassen der Dunkelwolke sind in Bewegung, wodurch der Nebel einem Pferdekopf in einigen tausend Jahren nicht mehr ähneln wird. Von der Erde aus liegt der Nebel etwa 1500 Lichtjahre entfernt und erscheint deshalb ein Viertel so groß wie der Erdmond. Aufgrund seiner äquatorialen Position kann er von allen bewohnten Gebieten der Erde beobachtet werden, jedoch ist er wegen seiner geringen Helligkeit und Größe für das bloße Auge nicht sichtbar. Es handelt sich bei dem Nebel um eine der am besten untersuchten Dunkelwolken, was auch daraus resultiert, dass er (der Nebel) bereits seit 1887 bekannt ist. Die seinerzeit noch neue Fotografie half bei seiner Entdeckung. Die Zusammensetzung der etwa 27-fachen Sonnenmasse aufweisenden Gas- und Staubansammlung ist recht genau dokumentiert und dennoch zeigt sich auch der Pferdekopfnebel nicht frei von Überraschungen.

So zeigte sich in den Spektraldaten des Nebels eine kleine, nicht identifizierbare Linie. Spektren sind keine Bilder im herkömmlichen Sinne, sondern sie zeigen die Strahlung aufgebrochen nach Wellenlängen und verraten so viel über die chemische Zusammensetzung des beobachteten Objektes. Jedes Molekül des Universums entfaltet dabei in Abhängigkeit von seinem Aufbau aus Protonen, Neutronen und Elektronen ein charakteristisches Profil. Zu einem Ausschlag im Spektrum des Nebels hingegen, gab es keine bekannte Entsprechung.

Mittels theoretischer Überlegungen und Simulationen lassen sich aber die möglichen Verursacher  unbekannter spektraler Signale eingrenzen. Im Falle des Pferdekopfnebels kommt nur ein lineares Molekül als Urheber des unbekannten Signals in Frage. Linear werden sie darum genannt, da sich die Komponenten solcher Verbindungen in einer geraden Kette anordnen.  Aus einer Reihe von in Frage kommender Verbindungen konnte vor diesem Hintergrund C3H+ (Propynylidynium) identifiziert werden. Dieses molekulare Ion war bislang noch nie beobachtet worden, genau genommen gab es noch nicht einmal einen Beweis für seine Existenz, da es – sofern es sich bilden kann – hochgradig instabil wäre. Unter den Bedingungen auf der Erde würde es augenblicklich reagieren.  Doch im Vakuum des Weltraums, bei dem Atome selten auf andere Atome treffen, könnte C3H+ möglicherweise doch überleben.

Wie kann man aber etwas, das noch niemals beobachtet wurde, ein spektrales Signal zuordnen, zumal der Kandidat, um den es sich dreht,  noch nicht einmal gesichert existiert? Die Lösung lieferte die Universität Köln. Einer Arbeitsgruppe gelang es dort, CH3+ unter Laborbedingungen zu erzeugen und für kurze Zeit stabil zu halten. Damit konnte nicht nur die Existenz von CH3+ nachgewiesen werden, es gelang auch, das Anregungsspektrum des Moleküls zu messen und mit den Werten des Pferdekopfnebels in Übereinstimmung zu bringen.

Lars-C. Depka

Originalarbeit: The IRAM-30m line survey of the Horsehead PDR: II. First detection of the l-C3H+ hydrocarbon cation

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