Fliegende Sternwarte entdeckt ältestes Molekül

Freitag, 3. Mai 2019
ID: 
069/03/04-2019
Bislang war sie das Objekt einer langen und intensiven Suche: die erste chemische Verbindung, die nach dem Urknall entstand. Mit dem Flugzeugobservatorium SOFIA ist es nun einer Gruppe Wissenschaftler, zu der auch Prof. Dr. Bernd Klein von der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg gehört, gelungen, dem seltenen Helium-Molekül auf die Spur zu kommen. Die Ergebnisse wurden aktuell im Magazin Nature veröffentlicht.
Flugzeugobservatorium Sofia
Flugobservatorium SOFIA. Foto: DLR

Es war eines der ersten Moleküle, das nach dem Urknall entstand: Das Heliumhydrid-Ion HeH+. Es entstand rund 100.000 Jahre nach dem „Big Bang“, als die extrem hohen Temperaturen im jungen Universum absanken, und die ersten chemischen Reaktionen in Gang kamen. Durch die Reaktion von HeH+ mit neutralen Wasserstoffatomen entstand im Laufe der Zeit so molekularer Wasserstoff, ein zentraler Baustein des sich entwickelnden Weltalls. „Das Molekül erzählt uns vom Beginn der Chemie in unserem Universum“, so Bernd Klein, am Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) Abteilungsleiter Digitale Signalverarbeitung und Submillimeter-Technologie und Professor an der H-BRS. Der Nachweis im Labor sei bereits 1925 geglückt, seit den 1970er Jahren suchte man im Weltall nach der Verbindung. „Mit dem Nachweis im All ist nun eine jahrzehntelange Suche erfolgreich abgeschlossen. Mit diesem Fund erhoffen wir uns, die Frühphase des Universums besser zu verstehen“, so Klein weiter.

Teleskopeinsatz 13 Kilometer über der Erde

Für die Entdeckung nutzten die Wissenschaftler um Teamleiter Dr. Rolf Güsten das Flugzeug-Observatorium „SOFIA“ (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy). Die fliegende Sternwarte für den Empfang von Terahertz-Strahlung  besteht aus einer umgebauten Boeing 747, aus deren Rumpf in 12 bis 13 Kilometern Flughöhe ein Teleskop mit 2,7 Metern Durchmesser schauen kann. „In dieser Höhe umgehen wir den störenden Einfluss der Erdatmosphäre“, so Bernd Klein. Erst in dieser Umgebung sei es möglich, den „Fingerabdruck“ des Helium-Moleküls im fernen Infrarotbereich, seine charakteristische Spektrallinie, zu beobachten. Von zentraler Bedeutung bei der Suche nach dieser Spektrallinie war die Technologie des GREAT-Empfängers (German Receiver at Terahertz Frequencies) an Bord des Jumbo-Jets. Der Empfänger wurde in Zusammenarbeit von mehreren deutschen Forschungsinstituten entwickelt. Seit Oktober 2018 hat Bernd Klein die technische Weiterentwicklung von upGREAT, dem Nachfolge-Empfänger an Bord des Flugobservatoriums, übernommen.

Hocherfreut über die Entdeckung zeigte sich auch Hartmut Ihne, Präsident der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg: „Wir sind als Hochschule sehr stolz, solch exzellente Wissenschaftler wie Bernd Klein an Bord zu haben. Zudem zeigen die aktuellen Forschungsergebnisse und die Publikation in Nature, wie gut wir als Hochschule für angewandte Wissenschaften mit der außeruniversitären Forschung, in diesem Falle dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), zusammenarbeiten.“

Weitere Entdeckungen in Planung

Bernd Klein und das GREAT-Team planen nach dieser wichtigen Entdeckung bereits weiter: Im Juni diesen Jahres hebt SOFIA wieder von Neuseeland aus ab, mit an Bord ein verbesserter upGREAT-Empfänger. „Wir gehen erneut auf Jagd nach wichtigen Elementen zum besseren Verständnis des Universums“, so Bernd Klein.

Artikel im Magazin Nature:
Güsten, R., et al. (2019). "Astrophysical detection of the helium hydride ion HeH+."
Nature 568(7752): 357-359.
Onlinepublikation: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1090-x