Astrochemie

Astrochemie beschäftigt sich mit den chemischen Vorgängen außerhalb unserer Erde. Diese reichen von der Synthese der einfachsten Moleküle aus den ersten Atomen (2 H zu H₂) bis hin zum Aufbau sehr großer und komplexer Moleküle wie polyaromatischer Kohlenwasserstoffe (PAHs).

In unserer Arbeitsgruppe arbeiten wir besonders an den chemischen Reaktionen die aus sehr einfachen und im All weit verbreiteten Molekülen wie H₂O, CO, HN₃, CO₂ und ähnlichen einfache organische Moleküle wie Formamid, Harnstoff, Glycerin, oder auch Aminosäuren herstellen. Diese präbiotische, interstellare Chemie lieferte so die Zutaten, die für die Entstehung des Lebens auf der Erde und möglicherweise anderen Himmelskörpern nötig waren.

Von besonderem wissenschaftlichen Interesse ist die Frage, wie es zu der so genannten biochemischen Homochiralität gekommen ist. Darunter versteht man die Frage, warum sich lebende Organismen ausschließlich aus L-Aminosäuren und D-Zuckern zusammensetzen. Ein Modell, dass diesen Umstand erklären könnte, besagt, dass durch asymmetrische Photochemie mit zirkular polarisierter Strahlung außerhalb der Erde oder sogar außerhalb unseres Sonnensystems, ein Enantiomer von Aminosäuren angereichert wurde, bevor es dann als Ausgangsmaterial für die Entstehung des Lebens zur Verfügung stand. Diese asymmetrischen photochemischen Prozesse untersuchen wir in Kooperation mit dem Synchrotronzentrum ASTRID in Aarhus, Dänemark.

Weitere Informationen:

Anisotropy Spectra of Amino Acids;
C. Meinert, J. H. Bredehöft, J.-J. Filippi, Y. Baraud, L. Nahon, F. Wien, N. C. Jones, S. V. Hoffmann, U. J. Meierhenrich,
Angewandte Chemie International Edition, vol. 51, pp. 4484-4487 (2012)

Photochirogenesis: Photochemical models on the absolute asymmetric formation of amino acids in interstellar space;
C. Meinert, P. de Marcellus, L. Le Sergeant d‘Hendecourt, L. Nahon, N. C. Jones, S. V. Hoffmann, J. H. Bredehöft, U. J. Meierhenrich,
Physics of Life Reviews, vol.8, pp. 307-330 (2011)

Circular Dichroism of Amino Acids in the Vacuum-Ultraviolet Region;
U. J. Meierhenrich, J.-J. Filippi, C. Meinert, J. H. Bredehöft, J. Takahashi, L. Nahon, N. C. Jones, S. V. Hoffmann,
Angewandte Chemie International Edition, vol. 49, pp. 7799-7802 (2010)

Neben der erwähnten Photochemie ist die Chemie, die durch langsame Elektronen ausgelöst wird, ein weiteres Studienfeld der Astrochemie. Chemie außerhalb der Erde spielt sich größtenteils auf der Oberfläche sehr kalter Staubkörner ab, die zum Teil sehr harter interstellarer Strahlung ausgesetzt sind. Wenn ein solches Staubkorn von einem kosmischen Partikel getroffen wird, wird dabei eine Kaskade von Sekundärelektronen ausgelöst, die dann für chemische Prozesse im Eismantel dieser Staubkörner zur Verfügung stehen. Diese Reaktionen, die bei sehr niedrigem Druck auf sehr kalten Oberflächen stattfinden, untersuchen wir in unserem Labor.

Weitere Informationen:

Electron-Induced Formation of Ethyl Methyl Ether in Condensed Mixtures of Methanol and Ethylene; F. Schmidt, P. Swiderek and J. H. Bredehöft, JPC A, vol. 123, pp. 37 – 47 (2019)

Electron-Induced Hydration of an Alkene: Alternative Reaction Pathways;
J. Warneke, Z. Wang, P. Swiderek and J.H. Bredehöft,
Angewandte Chemie International Edition, vol. 54, pp. 4397 – 4400 (2015)

Electron-induced synthesis of formamide in condensed mixtures of carbon monoxide and ammonia; J.H. Bredehöft, E. Böhler, F. Schmidt, T. Borrmann, P. Swiderek, ACS Earth and Space Chemistry, vol. 1, pp. 50 – 59 (2017)

Ein drittes Standbein unserer Arbeit im Feld der Astrochemie ist die Beteiligung an der ROSETTA Mission der ESA. ROSETTA ist eine Sonde, die nach ihrem Start 2004 im Sommer 2014 den Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko erreicht hat, auf dem sie dann im November 2014 eine Landeeinheit namens Philae abgesetzt hat. An Bord dieser Landeeinheit befindet sich unter anderen das Instrument COSAC (Cometary Sampling and Composition Experiment). COSAC ist ein kleines analytisches Labor, dass vor Ort auf dem Kometen Proben der Atmosphäre und aus dem Boden analysieren kann. Das Herzstück von COSAC ist ein enantioselektiver Gaschromatograph der vor Ort die Enaniomerenzusammensetzung von Aminosäuren und anderen chiralen organischen Molekülen untersuchen kann. Nach einer turbulenten Landung sind die ersten Ergebnisse bereits ausgewertet und publiziert.

Weitere Informationen:

Decay of COSAC and Ptolemy Mass Spectra at Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko;
H. Krüger, F. Goesmann, C. Giri, I. Wright, A. Morse, J.H. Bredehöft, S. Ulamec, B. Cozzoni, P. Ehrenfreund, T. Gautier, S. McKenna-Lawlor, F. Raulin, H. Steininger, C. Szopa, A&A, vol. 600, A56 (2017)

Organic compounds on the nucleus of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko as revealed by COSAC mass spectrometry;
F. Goesmann, H. Rosenbauer, J.H. Bredehöft, M. Cabane, P. Ehrenfreund, T. Gautier, C. Giri, H. Krüger, L. Le Roy, A.J. MacDermott, S. McKenna-Lawlor, U.J. Meierhenrich, G.M. Muñoz Caro, F. Raulin, R. Roll, A. Steele, H. Steininger, R. Sternberg, C. Szopa, W. Thiemann, S. Ulamec,
Science, vol. 349 no. 6247, aab0689 (2015)

COSAC prepares for sampling and in situ analysis of cometary matter from comet 67P/Churyumov–Gerasimenko;
F. Goesmann, F. Raulin, J.H. Bredehöft, M. Cabane, P. Ehrenfreund, A.J. MacDermott, S. McKenna-Lawlor, U.J. Meierhenrich, G.M. Muñoz Caro, C. Szopa, R. Sternberg, R. Roll, W.H.-P. Thiemann, S. Ulamec,
Planetary and Space Science, vol. 103, pp. 318 – 330 (2014)

Interpretation of COSAC mass spectrometer data acquired during Rosetta‘s Lutetia fly-by 10 July 2010;
F. Goesmann, S. McKenna-Lawlor, R. Roll, J.H. Bredehöft, U. Meierhenrich, F. Raulin, W. Thiemann, G.M. Muñoz Caro, C. Szopa,
Planetary and Space Science, vol. 66, pp. 187-191 (2012)