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WELTRAUMCHEMIE
Besondere Schneebälle aus dem Labor
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Innsbruck
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25. November 2016

Sogenannte Fußballmoleküle könnten bei der Entstehung des Lebens im All eine wichtige Rolle gespielt haben. Nun ist es Wissenschaftlern der Universität Innsbruck erstmals gelungen, diese Fullerene mit einer festen Heliumschicht zu überziehen. Ihre Messungen sind für die Analyse astrophysikalischer Beobachtungen von Bedeutung. 

Schneebälle

Wissenschaftler haben ganz besondere "Schneebälle" im Labor erzeugt. Bild: Universität Innsbruck [Großansicht]

Wie Zuckerguss überzieht festes Helium die großen, fußballförmigen Kohlenstoff-Moleküle, die Innsbrucker Physiker im Labor erstmals erzeugt haben. Die Messungen an den "Schneebällen" lieferten jetzt wichtige Daten für die Suche nach Fullerenen im Weltall. Die Moleküle könnten eine wichtige Rolle bei der Entstehung des Lebens gespielt haben.

Helium ist die einzige Substanz, die selbst am absoluten Nullpunkt unter Normaldruck nicht fest wird. Anders ist dies, wenn Helium sich auf geladenen Teilchen ablagert. Dann kann sich auch bei niedrigem Druck eine feste Heliumschicht ausbilden. Diese sogenannten Atkins-Schneebälle wurden schon für einige einfache Teilchen nachgewiesen.

Nun hat eine Arbeitsgruppe um Prof. Paul Scheier vom Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik der Universität Innsbruck erstmals Fullerene mit einer festen Heliumschicht überzogen und vermessen. Fullerene sind kugelförmige Moleküle aus Kohlenstoffatomen, die wie auf einem Fußball angeordnet sind. Man spricht deshalb auch von Fußballmolekülen.

Das Team um Scheier erzeugt im Labor ultrakalte Heliumtröpfchen, in denen die beinahe kugelförmigen Moleküle aus 60 Kohlenstoffatomen eingelagert und ionisiert werden. Mit einem Massenspektrometer werden die Teilchen dann analysiert. "Wir konnten zeigen, dass Fullerene bis zu 32 Heliumatome aufnehmen können, bevor der feste Heliummantel um das Kohlenstoffmolekül aufzuschmelzen und ein Teil der Atome zu wandern beginnt", erzählt der Physiker. "Mit 60 Heliumatomen ist die erste Schale um das Fulleren voll. Ab 80 Atomen ändert sich das Absorptionsverhalten des Ions nicht mehr, was wir mit dem Einsetzen der Suprafluidität interpretieren."

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Mithilfe eines verstellbaren, schmalbandigen Laserstrahls konnten die Wissenschaftler Absorptionsspektren ermitteln, die Auskunft über den Zustand des Heliums geben. Die Experimente konnten durch eine Kollaboration von Mitgliedern des Doktoratskollegs Atome, Licht und Moleküle verwirklicht werden. Mit umfangreichen theoretischen Simulationen konnten die Forscher die Ergebnisse aus dem Labor bestätigen.

Die von den Innsbrucker Physikern gemeinsam mit einem internationalen Team ermittelten Absorptionsspektren bilden eine wichtige Grundlage für die Beurteilung von astrophysikalischen Beobachtungen. Im Jahr 2010 wurde die Existenz von Fullerenen im Weltall erstmals nachgewiesen. Die nun vorgestellten Ergebnisse liefern weitere Hinweise für die Interpretation von Messergebnissen aus dem All.

Die Kohlenstoffverbindungen sind an zahlreichen chemischen und physikalischen Prozessen im Weltall beteiligt und könnten zum Beispiel in interstellaren Wolken bei der Entstehung komplexer Biomoleküle als Katalysator gedient haben. Das haben frühere Untersuchungen der Innsbrucker Ionenphysiker bereits ergeben.

Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Nature Communications erschienen ist.

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siehe auch
Spitzer: Feste Buckyballs im Weltraum - 23. Februar 2012
Spitzer: Buckyballs im Weltall nachgewiesen - 26. Juli 2010
Asteroiden: Außerirdische Gase im "Buckyball" - 22. März 2000
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