Nachweis schwefelhaltiger cyclischer Kohlenwasserstoffe im All

Schwefelringe im kosmischen Nebel

Wenn wir uns die Bausteine des Lebens im Weltraum vorstellen, denken wir häufig an einfache Moleküle wie Wasser oder Kohlendioxid. Leben auf der Erde hängt jedoch auch von Schwefel ab, einem prägnanten Element, das in Proteinen, Vitaminen und vielen industriellen Chemikalien vorkommt. Diese Studie zeigt, dass überraschend komplexe, schwefelhaltige Ringmoleküle bereits in den dunklen Wolken nahe dem Zentrum unserer Galaxie gebildet werden — ein Hinweis darauf, dass einige der aufwendigeren chemischen Bausteine des Lebens ihre Reise lange vor der Planetenbildung beginnen könnten.

Warum Schwefel im All für Leben wichtig ist

Auf der Erde ist Schwefel in essenzielle biologische Funktionen eingebunden, von den Aminosäuren, aus denen Proteine bestehen, bis hin zu wichtigen metabolischen Cofaktoren. Meteoriten- und Kometenproben enthalten ebenfalls eine große Vielfalt schwefelhaltiger organischer Verbindungen, einschließlich ringförmiger Strukturen. Wenn Astronomen jedoch den interstellaren Raum untersuchen, sehen sie meist nur kleine Schwefelmoleküle, deutlich weniger als man von der kosmischen Schwefelhäufigkeit erwarten würde. Diese seit langem bestehende Diskrepanz legt nahe, dass ein Großteil des Schwefels in schwer nachweisbaren Formen verborgen sein könnte, und zu verstehen, wo er sich befindet, ist entscheidend, um zu verfolgen, wie lebensfreundliche Chemie von interstellaren Wolken zu jungen Planeten gelangt.

Ein neuer Schwefelring in einer galaktischen Wolke entdeckt

Die Autorinnen und Autoren konzentrierten sich auf eine riesige Molekülwolke namens G+0.693, eingebettet im Sagittarius-B2-Komplex nahe dem Zentrum der Milchstraße. Diese Wolke ist ein Fundgrube komplexer organischer Moleküle und wird ständig durch langsame Wolken–Wolken-Kollisionen und Beschuss mit energiereichen Partikeln durchmischt. Durch die Kombination hochempfindlicher Beobachtungen von zwei großen Radioteleskopen in Spanien durchkämmten sie ein breites Frequenzspektrum und suchten nach schwachen spektralen Fingerabdrücken bislang unbekannter Moleküle. Sie berichten vom klaren Nachweis eines 13-atomigen, schwefelhaltigen Rings, 2,5-Cyclohexadien-1-thion, einem engen chemischen Verwandten eines einfacheren Meteoritmoleküls, das als Thiophenol bekannt ist. Dieses Molekül ist nun das größte schwefelhaltige Spezies, das jemals in interstellarem Gas identifiziert wurde, und das erste bestätigte Beispiel eines schwefelhaltigen cyclischen Kohlenwasserstoffs im All.

Von Laborfunk zu kosmischen Fingerabdrücken

Ein so spezifisches Molekül am Himmel zu finden, ist nur möglich, wenn sein Radiospektrum zuvor bekannt ist. Um diesen Fingerabdruck zu gewinnen, erzeugte das Team zunächst 2,5-Cyclohexadien-1-thion im Labor. Sie leiteten Thiophenolgas durch eine elektrische Entladung in einem Überschallstrahl und maßen die resultierenden Moleküle mit einem hochpräzisen Mikrowellenspektrometer. Diese Anordnung kühlte die Produkte auf einige Grad über dem absoluten Nullpunkt, was die interstellaren Bedingungen gut nachahmte und extrem scharfe Rotationslinien erlaubte. Dutzende dieser Linien wurden anschließend mit quantenchemischen Modellen angepasst, um die Rotationskonstanten des Moleküls zu extrahieren und seine Emissionsfrequenzen mit Kilohertz-Genauigkeit vorherzusagen. Mit diesem Katalog konnten die Astronominnen und Astronomen dann Dutzende unverschmierter Linien in der G+0.693-Studie zuordnen und eine Verwechslung mit mehr als 140 anderen bekannten Molekülen in der Wolke ausschließen.

Hinweise zur Entstehung von Schwefelringen

Der Nachweis des Moleküls ist nur der erste Schritt; die nächste Herausforderung besteht darin, zu verstehen, wie es entsteht. Die moderate Dichte und die niedrige Anregungstemperatur der Wolke bedeuten, dass nur niederenergetische Übergänge sichtbar sind, doch diese zeigen dennoch, dass 2,5-Cyclohexadien-1-thion, wenn auch selten, eindeutig vorhanden ist. Die Autorinnen und Autoren vergleichen es mit seinen strukturellen Verwandten — einem anderen Ringisomer und Thiophenol selbst — die nicht klar erkennbar sind. Sie argumentieren, dass die neu entdeckte Spezies bevorzugt wird, weil sie eine stärkere elektrische Polarität besitzt, was ihre Detektierbarkeit erhöht, aber sie könnte auch effizienter gebildet werden. Gestützt auf Experimente und Modelle aus verwandter Kohlenstoffchemie schlagen sie vor, dass Reaktionen auf den eisbedeckten Oberflächen von Staubkörnern, angetrieben von kosmischer Strahlung und anschließend durch sanfte Schockwellen freigesetzt, kleine Schwefel–Kohlenstoff-Ketten zu größeren Ringen zusammenfügen könnten. Detaillierte Labor- oder theoretische Mechanismen sind jedoch noch nicht ausgearbeitet, sodass das genaue Rezept offen bleibt.

Was das für das Rätsel des fehlenden Schwefels bedeutet

Obwohl dieser neue Schwefelring nur einen winzigen Bruchteil des Schwefelhaushalts in G+0.693 ausmacht, deutet sein Fund wahrscheinlich darauf hin, dass viele weitere verwandte Moleküle darauf warten, entdeckt zu werden. So wie der erste Nachweis eines einfachen aromatischen Rings mit einer Cyanid-Seitenfunktion den Weg zu einer ganzen Population komplexer Kohlenstoffringe im All öffnete, könnte 2,5-Cyclohexadien-1-thion der Vorläufer einer Familie schwefelreicher Ringe und größerer polycyclischer Verbindungen sein. Diese Spezies lösen vermutlich nicht das gesamte Problem des «fehlenden Schwefels» in dichten Wolken, aber sie liefern eine konkrete Verbindung zwischen der Chemie des interstellaren Gases und den schwefelreichen Organika, die in Meteoriten und Kometenmaterial gefunden werden. Damit füllt die Arbeit einen weiteren Schritt in der Kette, die die kalten, diffusen Räume zwischen den Sternen mit den warmen, belebten Oberflächen von Planeten verbindet.

Zitation: Araki, M., Sanz-Novo, M., Endres, C.P. et al. A detection of sulfur-bearing cyclic hydrocarbons in space. Nat Astron 10, 401–409 (2026). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02749-7

Schlüsselwörter: interstellare Moleküle, Schwefelchemie, Astrobiologie, molekulare Wolken, präbiotische Organika