Vortrag - I. Physikalisches Institut
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Moleküle –– Botenstoffe aus dem Moleküle Botenstoffe aus dem Universum Thomas Giesen I. Physikalisches Institut Universität zu Köln Universität zu Köln Milchstrasse 300 Milliarden Sterne Wolken aus Gas und Staub Dunkelwolken - Barnard 68 (B68) Black Cloud B68, ENTSTEHUNG NEUER STERNE Eagle Nebula Eagle Nebula Eagle Nebula Eagle Nebula INTERSTELLARE WOLKEN: GEBURTSORT NEUER STERNE Eagle Nebula EINE ZUFÄLLIGE ENTDECKUNG EINE ZUFÄLLIGE ENTDECKUNG Carl Guthe Jansky R di A t Radio‐Antenne für 20.5 MHz fü 20 5 MH 1930 1931 Auf der Suche nach Störquellen des transatlantischen Funkverkehrs A fd S h h Stö ll d t tl ti h F k k h Jansky empfängt ein Radiosignal aus dem Zentrum der Milchstraße KOSMISCHE RADIOSIGNALE KOSMISCHE RADIOSIGNALE 1937 Grote Reber 9m Teleskop mit 160 MHz Empfänger 9m Teleskop mit 160 MHz Empfänger Radioastronomie: Der andere Blick ins Weltall Radioastronomie: Der andere Blick ins Weltall Die Milchstraße im optischen Bereich Zentrum der Milchstraße Radiosignal bei 160 MHz. Linien zeigen Regionen gleicher Intensität RADIOWELLEN: vom Sender zum Empfänger Atomarer Wasserstoff: Der Kleinste Radiosender der Welt 1944 Radiosignal des atomaren Wasserstoffs berechnet g Proton Elektron Van de Hulst Das Wasserstoff –Atom Das Wasserstoff Atom 1951 Entdeckung der 21 cm Linie des Wasserstoffs im Weltall E. M. Purcell 300m Radioteleskop Arecibo/Puerto Rico 300m Radioteleskop Arecibo/Puerto Rico Andromeda Galaxie M31 Andromeda Galaxie M31 Sterne des Andromeda Nebels Aufnahme im sichtbaren Bereich Wasserstoffverteilung im Andromeda Nebel Radiofrequenz‐Aufnahme, 1.4 GHz oder 21 cm Moleküle: Mikroskopische Sender Moleküle: Mikroskopische Sender 345 GHz 460 GHz Seendestärkke 230 GHz 575 GHz Kohlenmonoxid CO 690 GHz 115 GHz 115 GHz 0 200 400 600 800 GHz Sendefrequenzen des Kohlenmonoxids: 115 GHz , 230 GHz, 345 GHz, 460 GHz KOSMA‐Observatorium: Kohlenmonoxid auf dem Mars CO in der Marsatmosphäre Empfangsfrequenz: 230 538 GHz Empfangsfrequenz: 230.538 GHz CO‐Absorption CO (J= 2‐1) CO (J= 2 1) Kohlenmonoxid in einer Sternentstehungsregion Elektromagnetisches Spektrum Elektromagnetisches Spektrum Sendefrequenzen von Kohlenmonoxid C O 0 200 400 600 800 GHz 10 Sendebereich der Moleküle Das für Radioteleskope erschlossene Spektrum Sendefrequenzen von Formaldehyd H2CO Sendefrequenzen von Formaldehyd H Spu e gase Spurengase im Weltall: Eine chemische Analyse e ta : e c e sc e a yse Molekülname: Sendefrequenz in GHz Lebenszyklus der Sterne Interstellare Moleküle – Die chemische Evolution des Universums 2 3 4 5 6 7 8 9 CH+ CH C2S C2H l-C3H C4H C5H C6H C7H C8H CN C2 C2O C3 c-C3H C5 C2H4 CH3CCH C6H2 CH3C4H CN+ SiC c-SiC2 HCN C3N HC3N C5O HC5N CH2OHCHO HC7N CS CO HNC CH2 C3O H2CCC C5N CH2CHCN CH3C3N C2H5OH CP CO+ HOC+ OCS C3S HNCCC H2CCCC CH3CHO CH3CH3 CH3OCH3 NO OH CO2 HCS SiC3 HCCNC H2C3N+ CH3NH2 CH3COOH CH3CH2CN NS OH+ MgCN HCO+ HC2N H2CCO CH3CN c-C2H4O HCOOCH3 AlF PN AlNC HCO C2H2 SiC4 CH3NC NaCl S2 NaCN HCS+ H2CO HCOOH CH3OH HS+ NH H2O CO2+ H2CS CH4 CH3SH KCl SO H2O+ MgNC CH3 CH2NH NH2CHO N2+ SO+ H2S N2O HOCO+ CH2CN HC2CHO HS SiO H2S+ HN2+ H2CN H3CO+ H2 TiO HNO H3+ HCNH+ c-C3H2 HF FeO SO2 NH2 HNCO NH2CN SiS HCl HNCO- NH4+ SiH SiN HNCS SiH4 AlCl NH3 H3O+ 10 CH3COCH3 11 12 13 HC9N C6H6 HC11N Interstellare Moleküle – Die chemische Evolution des Universums 2 3 4 5 6 7 8 9 CH+ CH C2S C2H l-C3H C4H C5H C6H C7H C8H CN C2 C2O C3 c-C3H C5 C2H4 CH3CCH C6H2 CH3C4H CN+ SiC c-SiC2 HCN C3N HC3N C5O HC5N CH2OHCHO HC7N CS CO HNC CH2 C3O H2CCC C5N CH2CHCN CH3C3N C2H5OH CP CO+ HOC+ OCS C3S HNCCC H2CCCC CH3CHO CH3CH3 CH3OCH3 NO OH CO2 HCS SiC3 HCCNC H2C3N+ CH3NH2 CH3COOH CH3CH2CN NS OH+ MgCN HCO+ HC2N H2CCO CH3CN c-C2H4O HCOOCH3 AlF PN AlNC HCO C2H2 SiC4 CH3NC NaCl S2 NaCN HCS+ H2CO HCOOH CH3OH HS+ NH H2O CO2+ H2CS CH4 CH3SH KCl SO H2O+ MgNC CH3 CH2NH NH2CHO N2+ SO+ H2S N2O HOCO+ CH2CN HC2CHO HS SiO H2S+ HN2+ H2CN H3CO+ H2 TiO HNO H3+ HCNH+ c-C3H2 HF FeO SO2 NH2 HNCO NH2CN SiS HCl HNCO- NH4+ SiH SiN HNCS SiH4 AlCl NH3 H3O+ 10 CH3COCH3 11 12 13 HC9N C6H6 HC11N Auf den Spuren organischer Materie Auf den Spuren organischer Materie Äthylformiat t y o at ((2009) 009) IRAM 30m Telescop n‐Propylzyanid n Propylzyanid (2009) NH2CH2CN Amino Acetonitril (2008) Auf den Spuren organischer Materie Auf den Spuren organischer Materie Bestandteil des Aromas vieler Früchte, wie , etwa der Himbeere, ist Äthylformiat Äthylformiat C2H5OCHO Verstehen wir die Chemie des Weltalls? e ste e d e C e e des e ta s? Molekülname: Sendefrequenz in GHz Entdeckung unbekannter Signale Molekülname: Sendefrequenz in GHz KOHLENSTOFF‐STERNE: GIGANTISCHE CHEMISCHE FABRIKEN ASTROCHEMIE: Die Entstehung neuer unbekannter Moleküle Die Entstehung neuer, unbekannter Moleküle Die Spurensuche beginnt im Labor h b b 1. ERZEUGUNG NEUER MOLEKÜLE IM LABOR 2. BESTIMMUNG DER SENDEFREQUENZEN 3. SUCHE IM WELTALL Laser –Verdampfung INTERSTELLARE MOLEKÜLE IM LABOR INTERSTELLARE MOLEKÜLE IM LABOR 1 % C2H2 1 % C 28 % N2 HCN 71 % He Elektrische Entladungsdüse HCCC Die Erzeugung reiner Kohlenstoff‐ Moleküle Laserverdampfung von Graphit Die Erzeugung reiner Kohlenstoff‐ Moleküle Laserverdampfung von Graphit Die Bestimmung von Sendefrequenzen Die Bestimmung von Sendefrequenzen S d Sender Radiowelle Flugrichtung Moleküle als Empfänger Detektor Sendefrequenzen des C3 Moleküls C3 im Interstellaren Medium Erste Entdeckung von C3 in einer i t t ll interstellaren Molekülwolke M l kül lk Kuiper Airborne Observatory Neue Teleskope: Die Suche geht weiter Neue Teleskope: Die Suche geht weiter HIFI / H HIFI / Herschel h l Herschel Space Observatory 0.5 – 1.25 THz and 1.4 – 1.9 THz Start Mai 2009 ALMA Atacama Large Millimeter Array 84 – 720 GHz (30 – 950 GHz) Start ~ 2011 APEX Atacama Pathfinder Experiment 280 – 890 GHz (1.3 – 1.5 THz) Die Suche geht weiter .... Zusammenfassung Moleküle ermöglichen den Blick in verborgene Bereiche des Universums Sie geben Aufschluss über das Werden und Vergehen der Sterne Sie eigen eine teilweise bisher unbekannte Chemie Sie zeigen eine teilweise bisher unbekannte Chemie Sie erreichen eine nicht geahnte Komplexität Sie eröffnen damit ein neues und interessantes Forschungsgebiet
