Fehlendes Schwefel-Problem: Max-Planck-Simulation bringt Lösung näher

Schwefel ist das zehnte häufigste Element im Universum, doch in den dichten Molekülwolken, in denen Sterne entstehen, finden Wissenschaftler nur etwa ein Prozent der erwarteten Menge. Dieses jahrzehntealte Rätsel — das fehlende Schwefel-Problem — hat Astrochemiker seit Generationen verwirrt. Eine führende Theorie besagt, dass Schwefel in Eisschichten auf Staubkörnern eingefroren ist und für Teleskope unsichtbar bleibt. Eine neue Computersimulation bringt Wissenschaftler nun der Lösung näher.

Das eingefrorene Universum mit pyRate simulieren

Die im Fachjournal Astronomy & Astrophysics veröffentlichte Studie vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und dem spanischen Centro de Astrobiología unter der Leitung von Olli Sipilä nutzte den pyRate-Code, um ein Laborexperiment aus dem Jahr 2024 zu modellieren. Forscher kühlten Kohlendioxid- und Kohlenstoffdisulfideis auf 10 Kelvin ab und bestrahlten es mit ultravioletten Photonen. Als die Simulation standardmäßige Diffusionschemie verwendete — bei der Moleküle umherwandern, bis sie kollidieren — fanden fast keine Reaktionen statt. Nur die nicht-diffusive Chemie, die freigesetzte Atome sofort reagieren lässt, reproduzierte die beobachteten Schwefelverbindungen und bestätigte, dass UV-Strahlung etwa 100 Eismonolagen tief eindringt.

Warum Schwefels kosmische Herkunft wichtig ist

Dieses Problem geht über die Chemie hinaus. Schwefel ist für biologische Prozesse notwendig, da er Aminosäuren und Proteine bildet, was seiner Existenz im Weltall eine immense astrobiologische Bedeutung verleiht. Dennoch sind unter allen bekannten Schwefelverbindungen in interstellaren Eisen nur Carbonylsulfid und Schwefeldioxid bekannt, die zusammen weniger als fünf Prozent der erwarteten Schwefelmenge ausmachen. Allotrope — lange Ketten von Schwefelmolekülen — sind am wahrscheinlichsten. Obwohl die pyRate-Simulationen einige Lücken im aktuellen Wissen über interstellare Eischemie aufzeigen, bieten sie einen vielversprechenden Weg für weitere Beobachtungen mit dem James-Webb-Teleskop.