Spezialistin für Chemie im kalten Universum

Mit Teleskopen fahndet Astrophysikerin Catherine Walsh nach Molekülen, die für die Entstehung von Leben wichtig sein könnten.

Die Entdeckung von Methanol habe ihr Türen geöffnet, sagt Catherine Walsh. Foto: Frédéric Neema (Laif)

Die Entdeckung von Methanol habe ihr Türen geöffnet, sagt Catherine Walsh. Foto: Frédéric Neema (Laif)

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Fernab jeglicher Zivilisation steht die grösste und leistungsfähigste Radioteleskopanlage der Welt auf dem Hochplateau Chajnantor mitten in der chilenischen Atacama-Wüste. Es ist eine der trockensten Gegenden überhaupt. «Dadurch sind dort die Bedingungen ideal, um das Licht einiger der kältesten Objekte im Universum aufzufangen», schwärmt Catherine Walsh von der University of Leeds während ihres Vortrags im Hotel Marriott Marquis an der 10. Weltkonferenz für Wissenschaftsjournalismus in San Francisco. Denn je weniger Wasserdampf sich in der Erdatmosphäre befinde, desto besser sei die Sicht auf Moleküle in mysteriösen Staubscheiben um junge Sterne.

Catherine Walsh hat mithilfe der hoch in den Anden aufgestellten Alma-Teleskope die aus Gas und Staub bestehende Scheibe um den Stern TW Hydrae ins Visier genommen. Dieser ist etwa 170 Lichtjahre von der Erde entfernt und damit für uns das nächstgelegene System, in dem um einen jungen Stern vermutlich gerade Planeten entstehen. Vor einem Jahr entdeckte die Astrophysikerin dort Methanol. Es war das erste Mal, dass diese organische Verbindung in einer sogenannten protoplanetaren Scheibe nachgewiesen werden konnte. «Auch unsere Sonne war einst von einer solchen Gas- und Staubscheibe umgeben, sodass TW Hydrae einen Blick in die Entstehungsprozesse unseres Planetensystems erlaubt», sagt die gebürtige Irin.

Radioteleskope in den Anden. Foto: AUI, NRAO

Dank des Radioteleskop-Observatoriums im Norden Chiles, das die Europäische Südsternwarte ESO zusammen mit internationalen Partnern seit 2011 betreibt, konnte Walsh gasförmiges Methanol nachweisen und dessen Verteilung in der Scheibe um TW Hydrae kartieren. Methanol ist eines der komplexesten Moleküle, die bislang in solchen Staubscheiben festgestellt werden konnten. Walshs Fund gilt als Meilenstein für das Verständnis, wie sich organische Materie in sehr jungen Planetensystemen bildet. Methanol ist besonders interessant, da es unter anderem auch ein Baustein für die Synthese komplexerer Moleküle sei, die direkt mit der Entstehung von Leben in Verbindung stehen würden, wie etwa Aminosäuren und Zucker.

Sterbende Sterne

Die 39-jährige Forscherin ist Feuer und Flamme, wenn sie über die Suche nach unserem chemischen Ursprung im Weltall erzählt. «Um die nötige Beobachtungszeit für die Alma-Teleskope zu bekommen, muss man hart kämpfen», sagt sie bei unserem Treffen in der Lobby des Hotels unmittelbar nach ihrem Vortrag. Es sei zwar ein freundlicher und anspornender Wettkampf unter Gleichgesinnten, aber hin und wieder müsse sie ebenfalls ihre Ellbogen gebrauchen. Ansonsten bleibe man auf der Strecke und werde bei der Vergabe nicht berücksichtigt. Wichtig sei es, dass man stets an seine Idee glaube, diese wissenschaftlich gut belegen könne, um die Experten im Gremium der ESO von der Notwendigkeit der geplanten Untersuchung zu überzeugen. Die Entdeckung von Methanol habe sie in der Szene bekannter gemacht und ihr Türen geöffnet.

Hat sie schon immer den Wunsch gehabt, Astrophysikerin zu werden? «Nein, ganz und gar nicht», erklärt Walsh. Sie war eines von diesen ruhigen Kindern, die immer viele Bücher lesen, Mathe und Naturwissenschaften zwar lieben, aber keinen klaren Karriereplan haben. So fing sie erst ein Ingenieurstudium an, arbeitete dann im Büro und studierte schliesslich Mathematik und Angewandte Physik. Erst als sie die vielen faszinierenden Bilder des Weltraumteleskops Hubble sah, etwa von sterbenden Sternen, kollidierenden Galaxien oder all den geheimnisvollen Nebeln, war sie so fasziniert davon, dass sie schliesslich an der Queen’s University Belfast in dem Fachgebiet promovierte. Sie sei also mehr per Zufall dort gelandet, sagt sie und lacht.

War es denn schwierig, sich als Frau in dieser Männerdomäne durchzusetzen? An der Uni sei sie am Schluss die einzige Frau gewesen, erzählt sie. Es habe sie aber nicht gestört, da es insbesondere in der Astrochemie einige sehr gute weibliche Vorbilder gebe. Dies würde jungen Frauen helfen, in den Fachbereich zu gelangen. Ein gutes Beispiel dafür ist die Berner Physikerin und Professorin Kathrin Altwegg, mit der sie vor zwei Jahren an dem Paper über die Entdeckung von Sauerstoff in der Atmosphäre des Kometen Tschury arbeitete und die sie regelmässig treffe – das nächste Mal in zwei Monaten in Bern.

«Für Beobachtungszeit mit den Teleskopen muss man kämpfen.» 

Um mit dem Radioteleskop-Verbund Alma in der Staubscheibe von TW Hydrae gezielt nach organischen Spuren zu fahnden, hat Walsh zuvor die Bildung von Methanol unter den dort herrschenden kalten Bedingungen in Computermodellen simuliert. Es zeigte sich, dass die organische Verbindung auf Eiskörnern in der Staubscheibe entsteht und dort dann verdampft. Solche interstellaren «Schneeflocken» spielten auch für die Entstehung von Methylcyanid eine Rolle, sagt sie. Zusammen mit weiteren Kollegen habe sie dieses Molekül vor kurzem nicht nur virtuell am Bildschirm, sondern auch in dem mit Alma angefertigtem Spek­trum bei TW Hydrae nachweisen können. Cyanide gelten als wichtige Grundbausteine, aus denen sich auf der Erde das Leben entwickelt hat.

Licht aus der Ferne

Alma besteht aus insgesamt 66 einzelnen Präzisionsantennenschüsseln, die bis zu 16 Kilometer voneinander entfernt stehen. Die Anlage macht hochpräzise Aufnahmen von molekularem Gas des kalten Universums und misst das sehr energiearme, durch Rotation oder Schwingungen der Moleküle ausgestrahlte Licht im Millimeter- oder Submillimeterbereich. Damit Walsh ihre geplanten Messungen machen konnte, reichte sie zuvor einen detaillierten Beobachtungsplan mit sämtlichen Einstellungen der Instrumente ein. Ein Computerprogramm berechnete, wann die Beobachtung idealerweise durchgeführt werden sollte. Als sie dann an der Reihe war, bedienten erfahrene Ingenieure das auf über 5000 Metern über dem Meeresspiegel gelegene Observatorium von der auf 2900 Metern gelegenen Basisstation aus.

«Leider war ich bisher noch nie selbst dort», sagt Walsh, die von der ESO nach der Messung eine Nachricht bekommt, wenn sie ihre Daten auf dem Internet herunterladen kann. Sie sei zwar im März dieses Jahr in Chile auf einem Astronomie-Symposium gewesen, habe dann aber aufgrund ihrer neuen Lehrverpflichtungen an der Universität Leeds gleich wieder zurückfliegen müssen und die wunderschöne, wie eine Mondlandschaft aussehende Hochebene Chajnantor nicht mehr besichtigen können. Anders war es im September vor zwei Jahren bei einer Konferenz in Zermatt. Dort hatte sie mehr Zeit und konnte noch ein paar Tage wandern. Es seien ihre besten Ferien in den Bergen gewesen, sagt die Weltraumforscherin. (Tages-Anzeiger)

Erstellt: 24.11.2017, 17:47 Uhr

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