Kosmischer Cocktail: Exotisches Methanol in Zonen der Planetenentstehung entdeckt

Im All entstehen neue Sterne und Planetensysteme inmitten eines dichten chemischen Gemischs. Ein internationales Forschungsteam unter Co-Leitung der Universität Bern zeigt nun mit dem Grossprojekt COMPASS am ALMA-Observatorium: Junge sonnenähnliche Sterne sind von einem überraschend reichen «chemischen Starter-Kit» umgeben – darunter auch Methanol in bisher unerwarteten Formen und Häufigkeiten. Die Resultate liefern neue Hinweise darauf, wie frühe chemische Prozesse die spätere Entstehung von Planeten – und möglicherweise von Leben – prägen könnten.Im Dunkel unserer Galaxie entstehen neue Sterne und Planeten, begleitet von einer Vielzahl chemischer Stoffe. In riesigen Wolken aus Gas und eisbedecktem Staub bilden sich auch organische Moleküle, die als mögliche Bausteine des Lebens gelten. Wie diese molekulare Vielfalt genau entsteht, wie sie sich von Sternsystem zu Sternsystem unterscheidet und wie sie junge Planetensysteme prägt, ist bislang weitgehend unbekannt.Hier setzt das internationale Grossprojekt COMPASS (Complex Organic Molecules in Protostars with ALMA Spectral Surveys) an. Unter der Co-Leitung von Prof. Dr. Maria N. Drozdovskaya vom Departement für Chemie, Biochemie und Pharmazie der Universität Bern untersucht das Team mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – dem weltweit leistungsstärksten bodengestützten Teleskop in der chilenischen Atacama-Wüste – die Entstehung komplexer organischer Moleküle im Umfeld junger Sterne. Nun liegen die ersten wissenschaftlichen Resultate vor: In sieben Artikeln in Astronomy & Astrophysics zeigt das Team, dass junge, sich noch bildende Sterne – sogenannte Protosterne – von einem überraschend ausgefeilten «chemischen Starter-Kit» umgeben sind, darunter organische Moleküle wie Methanol, die sich später in den sich bildenden Planeten wiederfinden können. Zudem wurde erstmals eine seltene, schwere Form von Methanol um einen Protostern nachgewiesen.COMPASS untersucht mit ALMA elf nahegelegene, sonnenähnliche Protosterne in bisher unerreichter Detailgenauigkeit. Ziel ist es zu verstehen, wie sich die chemische Vielfalt aus den riesigen Gas- und Staubwolken in junge Planetensysteme überträgt – bis hin zu erdähnlichen Planeten. Am Projekt sind über 30 Forschende aus Europa, Nordamerika und Asien beteiligt; die Universität Bern wird durch die auf molekulare Astrophysik spezialisierte Forschungsgruppe von Maria Drozdovskaya, die Mitgründerin und Co-Principal Investigator des Projekts ist, vertreten. Die molekulare Astrophysik an der Universität Bern ist in der Schweiz einzigartig und entwickelt sich zu einem wichtigen Pfeiler dieser Forschung.Mehrere der ersten COMPASS-Ergebnisse betreffen Methanol, den einfachsten Alkohol, der eine zentrale Rolle beim Aufbau grösserer organischer Moleküle spielt. Den Forschenden ist es gelungen, sogenannte Methanol-Maser-Emissionen – besondere Radiosignale von Methanol-Molekülen – bei mehr als der Hälfte der untersuchten Protosterne nachzuweisen. Diese Methanol-Maser-Emission ist bei Protosternen mit geringer Masse – also Vorstufen von eher leichten, sonnenähnlichen Sternen – unerwartet. Bisher wurde sie nur bei Protosternen mit hoher Masse beobachtet, also bei Vorstufen sehr schwerer, viel energiereicher Sterne. «Dass man sie nun auch bei einem leichten Protostern findet, zeigt, dass dort – ähnlich wie bei massereichen Sternen – lokal extreme physikalische Bedingungen herrschen können, und stellt unser bisheriges Verständnis der Entstehung sonnenähnlicher Sterne infrage», sagt Drozdovskaya. Die Resultate deuten darauf hin, dass Methanol-Maser-Emissionen um Protosterne mit geringer Masse viel verbreiteter sind als bisher gedacht und ein häufiges Merkmal der frühen Stadien der protostellaren Entwicklung darstellen.Parallel dazu gelang COMPASS der erste Nachweis einer «schweren» Variante von Methanol im All: vollständig deuteriertes Methanol (CD₃OD), bei dem alle Wasserstoffatome durch das schwere Deuterium ersetzt sind. Dieses exotische Molekül wurde um den jungen Protostern IRAS 4A2 in der Perseus-Molekülwolke entdeckt, rund 1’000 Lichtjahre von der Erde entfernt. «Beide Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig leistungsstarke Spektralvermessungen wie COMPASS mit ALMA sind, um seltene und bislang unbekannte chemische Phänomene aufzuspüren», sagt Drozdovskaya. «Sie zeigen, wie viel wir über die chemischen Prozesse in jungen Sternsystemen noch lernen können».COMPASS ist eines von nur vier Large Programs, die 2022 aus rund 40 entsprechenden Anträgen für ALMA in diesem Jahr ausgewählt wurden. Um die chemische Zusammensetzung der Protosterne systematisch zu katalogisieren, waren über 100 Stunden Beobachtungszeit mit dem Teleskop ALMA erforderlich. «Die Erfolgsquote lag bei 10% – es freut uns also umso mehr, dass unser Projekt ausgewählt wurde. Denn die Beobachtungszeit bei ALMA ist hart umkämpft», sagt Drozdovskaya.Die Auswertung des gesamten COMPASS-Datensatzes läuft weiter; nun werden alle nachgewiesenen Moleküle in allen elf Protosternen systematisch untersucht. «Die Analyse aller gesammelten Daten wird noch mehrere Jahre dauern», so Drozdovskaya. Zusätzlich laufen Folge- und Ergänzungsprogramme an weiteren Einrichtungen, darunter mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST). «Unsere Arbeit gibt Einblick in die komplexe Chemie junger Sternsysteme und ist schlussendlich ein wichtiges Puzzleteil, um den Ursprung des Lebens zu verstehen», sagt Drozdovskaya abschliessend.Jørgensen, J. K., Coutens, A., Drozdovskaya, M. N. et al. (2026). Complex Organic Molecules in Protostars with ALMA Spectral Surveys (COMPASS) I. Overview of the ALMA Large Program, Astronomy & Astrophysics.Plunkett, A. L., Maret, S., Harsono, D. et al. (2026). Complex Organic Molecules in Protostars with ALMA Spectral Surveys (COMPASS) II. Approach to data reduction and products for line-rich broadband (sub-) millimeter spectra, Astronomy & Astrophysics.Coutens, A., Cruz-Sáenz de Miera, F., Jørgensen, J. K. et al. (2026). Complex Organic Molecules in Protostars with ALMA Spectral Surveys (COMPASS) III. CH3OH isotopic fractionation in the low-mass protostar BHR71-IRS1, Astronomy & Astrophysics.Nazari, P., Coutens, A., Jørgensen, J. K. et al. (2026). Complex Organic Molecules in Protostars with ALMA Spectral Surveys (COMPASS) IV. Methyl cyanide isotopologues toward BHR71-IRS1, Astronomy & Astrophysics.Yun, H.-S., Lee, J.-E., Jørgensen, J. K. et al. (2026). Complex Organic Molecules in Protostars with ALMA Spectral Surveys (COMPASS) V. Tracing cavity walls and shocked knots with non-thermally desorbed CH3OH in BHR71-IRS1, Astronomy & Astrophysics.Jeong, J.-H., Lee, J.-E., Jørgensen, J. K. et al. (2026). Complex Organic Molecules in Protostars with ALMA Spectral Surveys (COMPASS) VI. Discovery of a class I methanol maser transition and its association with acetaldehyde, Astronomy & Astrophysics.Belloche, A., Spezzano, S., Coutens, A. et al. (2026). Complex Organic Molecules in Protostars with ALMA Spectral Surveys (COMPASS) VII. First interstellar detection of fully deuterated methanol, Astronomy & Astrophysics.Für ihr Forschungsprojekt «Planetary Systems from Interstellar Ingredients» (ΨI) erhielt Drozdovskaya 2025 einen ERC Consolidator Grant des Europäische Forschungsrat (ERC). Dieser unterstützt herausragende Forschende, beim Aufbau oder der Weiterführung eines eigenen Teams an einer Forschungseinrichtung innerhalb der EU oder eines Assoziierten Staates. Der ERC Consolidator Grant ist mit jeweils rund 2 Mio. Euro hoch dotiert und wird für einen Zeitraum von fünf Jahren gesprochen. Mit dem ERC Consolidator Grant für ihr Projekt ΨI treibt Maria Drozdovskaya die mit COMPASS gewonnenen Einblicke weiter: Sie untersucht, ob komplexe Moleküle von der Geburtswolke bis hin zu jungen Planetensystemen und Kometen erhalten bleiben oder unterwegs chemisch umgeformt werden.Am Departement für Chemie, Biochemie und Pharmazie (DCBP) der Universität Bern erforschen mehr als 20 Dozierende und ihre Forschungsgruppen das gesamte Spektrum der Molekularwissenschaften. Das DCBP verbindet Chemie, Biochemie und Pharmazie und schafft damit Brücken zwischen Fachgebieten, die eng miteinander verknüpft sind. Die Forschung umfasst unter anderem molekulare Synthese, Katalyse und Materialwissenschaften sowie die Untersuchung biologischer Prozesse. Ein Schwerpunkt liegt auf der RNA und ihrer Rolle bei der Genregulation. Dabei verbindet das DCBP Grundlagenforschung mit Fragen zu Gesundheit und Krankheit, unter anderem im Rahmen des langjährigen Engagements im NCCR RNA & Disease und dessen Nachfolgenetzwerk RNA (SIRD). Die Berner Forschenden entwickeln ebenfalls nachhaltige Verfahren zur Herstellung von Wirkstoffen sowie neue Technologien für deren gezielte und kontrollierte Abgabe. Mit seiner Expertise leistet das DCBP einen wichtigen Beitrag zur Forschungslandschaft der Universität Bern an der Schnittstelle von Molekülen, Materialien, Leben und Arzneimitteln.Als am 21. Juli 1969 Buzz Aldrin als zweiter Mann aus der Mondlandefähre stieg, entrollte er als erstes das Berner Sonnenwindsegel und steckte es noch vor der amerikanischen Flagge in den Boden des Mondes. Dieses Solarwind Composition Experiment (SWC), welches von Prof. Dr. Johannes Geiss und seinem Team am Physikalischen Institut der Universität Bern geplant, gebaut und ausgewertet wurde, war ein erster grosser Höhepunkt in der Geschichte der Berner Weltraumforschung.Die Berner Weltraumforschung ist seit damals an der Weltspitze mit dabei: Die Universität Bern nimmt regelmässig an Weltraummissionen der grossen Weltraumorganisationen wie ESA, NASA oder JAXA teil. Mit CHEOPS teilt sich die Universität Bern die Verantwortung mit der ESA für eine ganze Mission. Zudem sind die Berner Forschenden an der Weltspitze mit dabei, wenn es etwa um Modelle und Simulationen zur Entstehung und Entwicklung von Planeten geht.

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