Von Nanopartikeln zu Makromolekülen

Die Bestandteile der kosmischen Nanowelt sind klein genug, um Eigenschaften aufzuweisen, die an Moleküle erinnern. Zur gleichen Zeit sind sie groß genug, um für Festkörpermaterialien typische Eigenschaften zu haben. Dieser hybride Charakter mit Eigenschaften von Makromolekülen und Nanopartikeln zog die Aufmerksamkeit der EU-finanzierten Wissenschaftler aus sich.

Die Wissenschaftler des Projekts NANOCOSMOS (The cosmic nanoworld astrophysics at the interface between the molecular and the macroscopic) modellierten die Auswirkungen der Photonenbestrahlung auf Staubnanopartikeln. Der gleiche Modellierungsansatz wurde für amorphe Kohlenstoffnanopartikel und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) verwendet.

Die Absorption und Streuung von Photonen sind der Ursprung der abnehmenden Lichtintensität und der Verschiebung von beobachtbaren Wellenlängen des Lichts von fernen Sternen. Die Modellierung bestätigt, dass es notwendig ist, die Struktur der Nanopartikel zu bemessen, um diese Phänomene zu verstehen.

Während Kohlenstoffnanopartikel eine 3D-Struktur aufweisen wo Kohlenstoffatome in hexagonalen Ringen mit unterschiedlichen Orientierungen angeordnet sind, sind PAK von einer einzigen Schicht solcher miteinander verschmolzenen Ringe gekennzeichnet. Bei den Implikationen für astronomische Beobachtungen konzentrierten sich die Wissenschaftler auf die Emission von Galaxien im mittleren Infrarotbereich.

Infrarotbeobachtungen von Satelliten weisen auf das Vorhandensein von stochastisch aufgeheiztem Nanostaub und PAK hin. Ihre Dissoziation als Folge von Unterschieden in der intensiven Strahlung, der sie ausgesetzt sind, könnte die Schwankungen in den mittleren Infrarotspektren von weit entfernten Galaxien erklären.

Dank ihrer besonderen Struktur könnten C60 und C70 - die größten bekannten im Weltraum existierenden Moleküle und die einzigen polyaromatischen Moleküle, die bis heute im Weltraum erfasst wurden - auch zu Emission von Galaxien im mittleren Infrarot beitragen. Ihre Stabilität gegen Kollisionen mit Ionen wurde daher unter den rauen Bedingungen im interstellaren Medium untersucht.

Sowohl C60 als auch C70 gehören zu der Klasse von Molekülen, die nach dem Architekten Buckminster Fuller als Fullerene bezeichnet werden. Wie jedes Molekül im Weltraum absorbieren sie Infrarotlicht mit einer einzigartigen Reihe von Wellenlängen. Nichtsdestotrotz erwiesen sie sich bei Tests als relativ stabil und widerstandsfähig gegenüber Strahlung.

Die Ergebnisse von NANOCOSMOS sollen neue Wege für die Erforschung von immer komplexeren Bestandteilen des interstellare Mediums sowie der Evolution von Nanopartikeln bei Supernova-Explosionen eröffnen. Darüber hinaus könnten Wissenschaftler auch die Auswirkungen der Nanopartikel-Evolution in den Sternreste um alte Sterne herum bestimmen.