Forscher sind dem Rätsel der unidentifizierbaren Infrarotbänder im Weltraum auf der Spur

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Seit 30 Jahren versuchen Astrophysiker, die Ursache der hell strahlenden Infrarotquellen im Weltraum, der sogenannten „unidentified infrared bands“ (UIR), aufzudecken. Man vermutet, dass die Strahlung von aromatischen Kohlenwasserstoffverbindungen emittiert wird. Hans Piest von der Universität in Nijmegen (Niederlande) konnte jetzt in einem Experiment Weltraumbedingungen simulieren und diese Hypothese untermauern. Das berichtet die Online-Zeitung International Science News. Die „unidentified infrared bands“ werden von einer Vielzahl interstellarer Objekte ausgesandt. Sie finden sich beispielsweise im Spektrum kosmischer Staubwolken.

Astronomen gehen davon aus, dass sogenannte polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH) ? das sind Moleküle aus mehreren Benzolringen ? die Infrarot-Bänder hervorrufen. Im All sind die Moleküle so stark verdünnt, dass keine Stöße mehr zwischen ihnen stattfinden. Das Spektrum so weit verdünnter Gase zu messen, ist im Labor nur sehr schwer möglich. Bei dichteren Gasen jedoch beeinflusst die Kollision der Moleküle die Lichtemission.

Hans Piest hat das Spektrum eines stark verdünnten PAH-Gases mit einer indirekten Methode bestimmt: Er stellte bei sehr tiefen Temperaturen eine extrem schwache Verbindung der PAH-Moleküle mit den Atomen eines Edelgases her. Diese Verbindung hat eine ähnliches Emissionsverhalten wie ungebundene PAH-Moleküle. Piest verdünnte die neue Substanz und bestrahlte sie mit einem speziellen Laser, einem sogenannten freien Elektronenlaser, bei dem Wellenlängen im Infrarotbereich frei gewählt werden konnten.

Bei der Messung machte er sich zunutze, dass Moleküle das Licht, das sie emittieren auch besonders leicht absorbieren. Wenn der Laser mit einer Wellenlänge einstrahlte, mit der die neue Verbindung, beziehungsweise ein PAH-Molekül, normalerweise Licht emittiert, wurde die Verbindung zu Schwingungen angeregt. Dadurch spalteten sich die Edelgasatome von den PAH-Molekülen ab. Mit einem weiteren Messinstrument ? einem Massenspektrometer ? bestimmte der Forscher, bei welchen Wellenlängen besonders viele der Verbindungen dissoziierten. Auf diese Weise konnten die Forscher bestimmen, bei welchen Wellenlängen stark verdünnte PAH-Moleküle Licht emittieren.

Damit konnten die Wissenschaftler eine einfachere aber sehr umstrittene Messmethode bestätigen, die zuvor von der Nasa angewandt wurde: Dabei hatten Forscher PAH-Moleküle im Eis eines Edelgases eingefroren.

Anhand dieser neuen Messmethoden hoffen nun die Wissenschaftler, die genauere Zusammensetzung der kosmischen Infrarotquellen zu bestimmen.

Florian Sander

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