DER FEHLENDE SCHWEFEL IM ALL KLEBT VIELLEICHT AM STAUB

Zählt man den Schwefel im Universum, kommt man auf etwa 1,2 Atome pro 100.000 Wasserstoffatome. In Molekülwolken, den kalten, dichten Kinderstuben der Sterne, machen die schwefelhaltigen Moleküle, die Teleskope nachweisen, jedoch weniger als 5 % dieses Budgets aus. Dieses alte Rätsel heißt Problem des „fehlenden Schwefels“.

Die meisten Astrochemiker vermuten, dass der Rest in fester Form auf Staubkörnern gebunden ist. Zu den Kandidaten zählen Eisen- und Magnesiumsulfide – gefunden in Meteoriten und in Proben, die von den Asteroiden Ryugu und Bennu zurückgebracht wurden –, Salze oder reine Schwefelformen wie S₈, die aus der Ferne kaum zu sehen sind. Der Lehrbuchweg, bei dem Schwefel auf den Körnern zu Schwefelwasserstoff wird, passt nicht zu den Beobachtungen: Fester Schwefelwasserstoff ist rar. Berechnungen sagten voraus, dass Schwefelatome stark an Silikatstaub binden sollten. Niemand hatte das im Labor bei realistischen, winzigen Mengen überprüft.

Einzelne Atome auf kaltem Staub beobachten

Ni-En Sie und Kollegen von der Universität Hokkaido arbeiteten mit Partnern von der Universität Hiroshima, dem CSIC in Madrid und RIKEN in einer Ultrahochvakuumkammer mit einer auf 10 Kelvin gekühlten Oberfläche. Die Oberfläche war mit einem 500 Nanometer dicken Film aus amorphem Magnesiumsilikat beschichtet, einem Ersatz für interstellaren Staub, manchmal bedeckt von einer Schicht Wassereis.

Sie brachten eine winzige Menge Schwefelwasserstoff auf – ein Viertelprozent einer einzigen Moleküllage – und zerlegten sie mit einem Ultraviolettlaser, sodass nackte Schwefelatome zurückblieben. Dann kam das entscheidende Werkzeug: Ein Laserpuls löst Atome sanft von der Oberfläche, ein zweiter ionisiert nur Schwefel, sodass das Team die Schwefelatome auf der Oberfläche direkt zählen kann, so wie sie sind. Frühere Experimente konnten das nicht.

Atome, die nicht gehen wollen

Jede Probe wurde auf 180 Kelvin erwärmt – bis dahin ist jedes Wassereis verdampft –, und die verbleibenden Atome wurden gezählt.

• Auf nacktem Silikat blieb die Hälfte der Schwefelatome zurück (Verhältnis 0,50 ± 0,13). Ihr Signal blieb dann bei wiederholtem Erwärmen bis auf Raumtemperatur konstant: Der Schwefel ist chemisch an das Silikat gebunden, liegt also nicht bloß darauf.
• Einige Atome verbanden sich beim Erwärmen der Oberfläche zu S₂-Molekülen – der erste experimentelle Nachweis, dass sich Schwefelcluster auf Silikat schon aus einer Handvoll Atome bilden.
• Schwefel verdampft kaum von selbst; was verloren geht, entweicht meist zusammen mit dem Wasser, wenn das Eis sublimiert.
• Auf Eis abgesetzte Atome verschwanden bei 150 Kelvin aus dem Oberflächensignal und tauchten bei 160 Kelvin wieder auf, als das Wasser verschwand: Sie hatten sich durch das Eis gegraben und am darunterliegenden Silikat festgesetzt.

Links: Schwefelatome auf eisbedecktem Silikat verschwinden nahe 150 K aus dem Oberflächensignal und kehren bei 160 K zurück, wenn das Eis verschwindet. Rechts: beim Erwärmen einer UV-bestrahlten Probe freigesetzte Gase. — Abbildung 6, Sie et al. (2026), arXiv:2609.37663.

Quantenchemische Rechnungen ergeben eine Bindungsenergie von etwa 9.700 Kelvin für ein Schwefelatom an einem Magnesiumplatz eines Silikatkorns und legen nahe, dass die Umwandlung dieses Schwefels in Schwefelwasserstoff auf dem Korn ungünstig ist.

Ein verborgenes Reservoir – und ein Test

Anschließend speiste das Team diese Ergebnisse in ein Modell einer dünnen Wolke ein, die zu einer dichten wird. Schwefelionen werden neutralisiert und haften innerhalb weniger hundert Jahre an den Körnern. Bevor Eis die Körner bedeckt, sind 10 bis 20 % des gesamten Schwefels chemisch an sie gebunden – zwei- bis viermal mehr kornfixierter Schwefel als bisher veranschlagt. Einmal gebunden, bleibt er unsichtbar, selbst wenn das Eis verschwunden ist.

Das Modell nimmt an, dass alle Körner aus Silikat bestehen, und seine Zahlen hängen von wenig bekannten Oberflächeneigenschaften ab. Es macht aber eine überprüfbare Vorhersage: Wo Stoßwellen den Staub stark genug erhitzen, sollte dieser verborgene Schwefel freigesetzt werden – wonach die Autoren mit dem James-Webb-Weltraumteleskop suchen wollen.