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Molekülwolken sind interstellare gaswolken, deren Größe, dichte und Temperatur die Bildung von molekülen erlaubt.

Hauptbestandteil einer solchen Wolke ist molekularer wasserstoff (H2), entsprechend der häufigkeit der elemente. Dieser ist jedoch sehr schwierig zu beobachten, weshalb seine häufigkeit oftmals nur mithilfe anderer Moleküle bestimmbar ist. Das mit am einfachsten zu beobachtende Molekül ist kohlenmonixid (CO), dessen spektrallinien mit radioteleskopen nachgewiesen werden können. Die Häufigkeit anderer Moleküle ist jedoch mindestens um den Faktor 1000 niedriger als die Häufigkeit von H2.Wenn die Wolke dicht genug ist, können sich viele Arten von Molekülen bilden, bis hin zu komplexen aminosäuren.[1] Eine gewisse Dichte ist notwendig, um die Moleküle vor Strahlung zu schützen, da diese sie sonst wieder zerstört. Sehr dichte und kalte Molekülwolken sind als dunkelwolken bekannt, es sind die Geburtsstätten von sternen.

Inzwischen sind über 150 unterschiedliche Moleküle [2] in Molekülwolken entdeckt worden, wie z.B. wasser (H2O), aber auch giftige Substanzen wie blausäure (HCN) und sogar alkohol. Das Kohlenmonoxid bleibt das bedeutendste Molekül zur Erforschung der Molekülwolken, weil man auf Grund des CO/H2-Verhältnisses die Masse einer solchen Wolke bestimmen kann. Mehr als die Hälfte der (barbyonischen) Masse der milchstrasse steckt in den Molekülwolken.