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24.06.2005 - UNIVERSUM

Staub verkuppelt Wasserstoff

Carsten Meinke / JKM

Wasserstoff ist nicht nur das leichteste, sondern auch das mit Abstand häufigste chemische Element im Universum. Ein amerikanisches Physikerduo hat nun herausgefunden, warum ein großer Teil der Wasserstoffatome im interstellaren Raum paarweise zu Wasserstoffmolekülen verknüpft ist. Die raue Oberfläche winziger Staubkörnchen ermöglichst diese Reaktion auch bei verhältnismäßig hohen Temperaturen.

Molekularer Wasserstoff (H2) findet sich vor allem in großen Wolken aus Gas und Staub, den Brutstätten für neue Sterne und Planeten. Zwar werde seine Existenz bei der Erforschung der kosmischen Chemie als selbstverständlich vorausgesetzt, erläutert Eric Herbst von der Ohio State University in Columbus. Auf welche Weise er entstehe, habe jedoch nicht schlüssig erklärt werden können.

Herbst und seine Kollegin Herma Cuppen simulierten nun die Anlagerung einzelner Wasserstoffatome an kosmische Staubkörnchen, bestehend aus dem Silikatmineral Olivin und aus amorphem Kohlenstoff. Frühere Untersuchungen hatten ergeben, dass die Oberfläche solcher Körnchen die Verknüpfung von
Wasserstoffatomen fördern kann, jedoch nur in extrem engen
Temperaturbereichen von 6 bis 10 bzw. von 13 bis 17 Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt. In den meisten interessanten Regionen des Alls sollte die Körnchenoberfläche jedoch deutlich wärmer sein und daher nur wenig molekularer Wasserstoff entstehen.

Des Rätsels Lösung liegt in der Oberflächenstruktur der Körnchen, fanden Herbst und Cuppen. Geht man von ebenen Oberflächen aus, sind die Körnchen tatsächlich zu warm. Auf rauen Oberflächen liegen die Chancen, dass zwei Wasserstoffatome zusammenfinden, jedoch deutlich höher, ergaben die Simulationen. Und damit ist die Ausbeute an Wasserstoffmolekülen auch bei relativ hohen Temperaturen genügend hoch, um die beobachteten Mengen erklären zu können.

"Wenn man etwas testen will, fängt man typischerweise mit einer flachen Oberfläche an, weil das schneller und leichter ist", erklärt Cuppen. Die neuen Resultate zeigten jedoch, dass dies zumindest im Falle des Wasserstoffs eine zu starke Vereinfachung gewesen sei. Die Physikerin und ihr Kollege arbeiten derzeit mit anderen Forschern an der Herstellung unterschiedlich rauer Staubkörnchen-Pendants, um ihre theoretischen Befunde in der Praxis zu testen.

Mehr im Internet:
Herbst Group
Wasserstoff
The Interstellar Medium
Supernovae sind Staubfabriken

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