Das Auffinden von Diamanten in Meteoriten ließ Wissenschaftler ernsthaft darüber nachdenken, wie sie im Weltraum vorkommen könnten. Dieses Künstlerkonzept zeigt eine Vielzahl von Diamanten neben einem heißen Stern. Bild von NASA / JPL-Caltech.
Diamanten mögen auf der Erde selten sein, sind aber im Weltall überraschend häufig anzutreffen - und die hochempfindlichen Infrarotaugen des Spitzer-Weltraumteleskops der NASA eignen sich perfekt, um sie zu untersuchen, sagen Wissenschaftler des NASA Ames Research Center im kalifornischen Moffett Field.
Mithilfe von Computersimulationen haben Forscher eine Strategie entwickelt, um Diamanten im Weltraum zu finden, die nur einen Nanometer (ein Milliardstel Meter) groß sind. Diese Edelsteine sind etwa 25.000 Mal kleiner als ein Sandkorn, viel zu klein für einen Verlobungsring. Die Astronomen glauben jedoch, dass diese winzigen Partikel wertvolle Einblicke geben könnten, wie sich kohlenstoffreiche Moleküle, die Grundlage des Lebens auf der Erde, im Kosmos entwickeln.
In den 1980er Jahren begannen Wissenschaftler ernsthaft über die Anwesenheit von Diamanten im Weltraum nachzudenken, als Studien von Meteoriten, die auf die Erde stürzten, viele winzige Diamanten im Nanometerbereich enthüllten. Astronomen stellten fest, dass 3 Prozent des gesamten Kohlenstoffs in Meteoriten in Form von Nanodiamanten vorkamen. Wenn Meteoriten den Staubgehalt im Weltraum widerspiegeln, zeigen Berechnungen, dass nur ein Gramm Staub und Gas in einer kosmischen Wolke bis zu 10.000 Billionen Nanodiamanten enthalten kann.
"Die Frage, die uns immer wieder gestellt wird, lautet: Wenn Nanodiamanten im Weltraum reichlich vorhanden sind, warum haben wir sie nicht öfter gesehen?" sagt Charles Bauschlicher vom Ames Research Center. Sie wurden nur zweimal entdeckt. "Die Wahrheit ist, wir wussten einfach nicht genug über ihre infraroten und elektronischen Eigenschaften, um ihren Fingerabdruck zu erkennen."
Um dieses Dilemma zu lösen, simulierten Bauschlicher und sein Forscherteam mithilfe von Computersoftware die Bedingungen des interstellaren Mediums - den Raum zwischen Sternen - gefüllt mit Nanodiamanten. Sie fanden heraus, dass diese Weltraumdiamanten bei Infrarotlichtbereichen von 3,4 bis 3,5 Mikrometer und 6 bis 10 Mikrometer, bei denen Spitzer besonders empfindlich ist, hell leuchten.
Astronomen sollten in der Lage sein, Himmelsdiamanten zu sehen, indem sie nach ihren einzigartigen "Infrarot-Fingerabdrücken" suchen. Wenn das Licht eines nahe gelegenen Sterns ein Molekül zerreißt, dehnen, verdrehen und biegen sich seine Bindungen und geben eine unverwechselbare Farbe von Infrarotlicht ab. Wie ein Prisma, das weißes Licht in einen Regenbogen zerlegt, zerlegt Spitzers Infrarotspektrometer das Infrarotlicht in seine Bestandteile, sodass die Wissenschaftler die Lichtsignatur jedes einzelnen Moleküls erkennen können.
Die Teammitglieder vermuten, dass im Weltraum noch keine Diamanten mehr entdeckt wurden, da Astronomen nicht mit den richtigen Instrumenten an den richtigen Orten gesucht haben. Diamanten bestehen aus eng gebundenen Kohlenstoffatomen, daher ist viel energiereiches ultraviolettes Licht erforderlich, damit sich die Diamantbindungen biegen und bewegen und ein Infrarot-Fingerabdruck entsteht. So kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass der beste Ort, um das Leuchten eines Weltraumdiamanten zu sehen, direkt neben einem heißen Stern liegt.
Sobald Astronomen herausgefunden haben, wo sie nach Nanodiamanten suchen müssen, ist ein weiteres Rätsel, wie sie sich in der Umgebung des interstellaren Raums bilden.
"Weltraumdiamanten entstehen unter ganz anderen Bedingungen als Diamanten auf der Erde", sagt Louis Allamandola, ebenfalls von Ames.
Er stellt fest, dass sich Diamanten auf der Erde unter immensem Druck tief im Inneren des Planeten bilden, wo auch die Temperaturen sehr hoch sind. Weltraumdiamanten kommen jedoch in kalten Molekülwolken vor, in denen der Druck milliardenfach niedriger ist und die Temperaturen unter minus 240 Grad Celsius liegen.
"Jetzt, da wir wissen, wo wir nach leuchtenden Nanodiamanten suchen müssen, können uns Infrarot-Teleskope wie Spitzer helfen, mehr über ihr Leben im Weltraum zu erfahren", sagt Allamandola.
Bauschlichers Artikel zu diesem Thema wurde zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal angenommen. Allamandola war neben Yufei Liu, Alessandra Ricca und Andrew L. Mattioda, ebenfalls von Ames, Mitautor des Papiers.
Das NASAs Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Kalifornien, leitet die Spitzer-Weltraumteleskop-Mission für das NASAs Science Mission Directorate in Washington. Die wissenschaftlichen Operationen werden im Spitzer Science Center am California Institute of Technology, ebenfalls in Pasadena, durchgeführt. Caltech verwaltet JPL für die NASA.