Peter Saalfrank, ein theoretischer Chemiker an der Universität Potsdam, führt mit seinem Team bahnbrechende Forschungen zu chemischen Prozessen im interstellaren Raum durch. Diese Arbeiten werden durch einen ERC Synergy Grant in Höhe von 12 Millionen Euro gefördert, den sie 2024 gemeinsam mit Forschenden aus München, Aarhus und den USA eingeworben haben. Das Projekt mit dem Namen IRASTRO widmet sich der Untersuchung, wie Moleküle in den eisigen Partikeln des Weltraums entstehen und welche chemischen Reaktionen dabei ablaufen.
Der interstellare Raum ist nicht nur extrem kalt – mit Temperaturen bis zu 10 Kelvin (-263 Grad Celsius) – sondern auch überraschend vielfältig. Erste Moleküle, wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan wurden bereits in den 1940er Jahren nachgewiesen. In den folgenden Jahrzehnten erweiterten sich die Entdeckungen um organische Moleküle, wie etwa Formaldehyd in den 1960er Jahren. Ein weiterer Meilenstein war die Feststellung des Biomoleküls Glycin im Staub eines Kometen im Jahr 2009.
Das Forschungsprojekt IRASTRO
Das Team von IRASTRO setzt sich aus hochkarätigen Forschern zusammen: Alec Wodtke aus Göttingen, Liv Hornekær aus Aarhus, Peter Saalfrank aus Potsdam und Varun Verma vom NIST in den USA. Gemeinsam arbeiten sie an der Entwicklung neuer Methoden zur Erfassung der Infrarotsignaturen einzelner Moleküle. Zu den Zielen gehört auch eine verbesserte Analyse der Daten, die durch moderne Weltraumteleskope wie das James Webb Teleskop gesammelt werden.
Neben der spektroskopischen Analyse von Molekülen wird in den USA an supraleitenden Detektoren geforscht, um die infrarotspektroskopische Untersuchung von Einzelmolekülen zu ermöglichen. Parallel dazu wird in Aarhus die Umgebung des Weltalls im Labor nachgebildet, um experimentelle Bedingungen möglichst realitätsnah zu simulieren. Saalfrank selbst spezialisiert sich auf die Quantendynamik, um chemische Reaktionen besser zu verstehen und vorherzusagen.
Die Rolle der theoretischen Chemie
Theoretische Chemie spielt eine zentrale Rolle im Projekt, da sie hilft, experimentelle Ergebnisse zu interpretieren und Reaktionsmechanismen zu modellieren. Der Tunneleffekt, ein fundamentaler Aspekt der Quantenmechanik, könnte hierbei eine entscheidende Rolle in der Astrochemie spielen. Dank dieser wissenschaftlichen Einsichten wird theoretische Chemie zunehmend wichtiger in der Chemieforschung, insbesondere wenn es darum geht, vorausschauend Experimente zu planen.
Der ERC Synergy Grant ist ein bedeutendes europäisches Förderinstrument für Spitzenforschung. Das Programm richtet sich an Gruppen von zwei bis maximal vier Principal Investigators, die über verschiedene Fähigkeiten und Ressourcen verfügen. Die Anmeldung für Fördermittel erfolgt über einen strengen Bewertungsprozess, der die wissenschaftliche Exzellenz und die synergetischen Effekte der Projekte in den Mittelpunkt stellt. Das Gesamtbudget des ERC für den Zeitraum von 2021 bis 2027 beträgt über 16 Milliarden Euro, wie auf der Webseite des europäischen Forschungsrats erläutert wird erc.europa.eu.
Mit dem Projekt IRASTRO streben die Forschenden an, nicht nur das Verständnis über chemische Reaktionen im Weltraum zu erweitern, sondern auch neue Erkenntnisse über die vielfältigen Möglichkeiten der chemischen Synthese unter extremen Bedingungen zu gewinnen. Ihre Arbeit könnte entscheidend dazu beitragen, unser Wissen über das Universum und die darin enthaltenen chemischen Prozesse zu vertiefen.
