Potrzeba bogatego i różnorodnego zestawu złożonych molekuł do istnienia takich rzeczy jak gwiazdy, galaktyki, planety i formy życia. Ale zanim ludzie i wszystkie złożone cząsteczki, z których jesteśmy zbudowani, mogły istnieć, musiała istnieć pierwsza pierwotna cząsteczka, która zapoczątkowała długi łańcuch zdarzeń chemicznych, które doprowadziły do wszystkiego, co widzicie dzisiaj wokół was.
Chociaż długo istniała teoria, że istnieje, brak dowodów obserwacyjnych dla tej cząsteczki był problematyczny dla naukowców. Teraz go znaleźli i ci naukowcy mogą spokojnie odpocząć. Ich teoria predykcyjna wygrywa!
W pierwszych dniach Wszechświata istniały tylko dwa lub trzy rodzaje atomów. Wodór, hel i niewielkie ilości litu powstały w wyniku syntezy jądrowej Big Bang. Wszystkie pozostałe elementy zostały wykute później w gwiazdach. Gwiazdy są głównie wodorem, ale gwiazdy nie mogły powstać z prostych atomów wodoru powstałych w Wielkim Wybuchu. Tworzą się z tak zwanego wodoru molekularnego. A wodór molekularny nie mógłby powstać bez tak zwanej „pierwszej cząsteczki”, połączenia helu i wodoru zwanego wodorem helu. Teoria mówi, że wodorek helu powstał około 100 000 lat po Wielkim Wybuchu.
„To było tak ekscytujące być tam, widząc wodorek helu po raz pierwszy w danych”.
Rolf Guesten, Max Planck Institute for Radio Astronomy, główny autor.
Możesz zrobić zdjęcie wczesnego Wszechświata, gdzieś około 100 000 lat po Wielkim Wybuchu. Było bardzo gorąco i było zamieszkane tylko przez wodór, hel i odrobinę litu. Zanim populacja atomowa Wszechświata mogła się urozmaicić, musiały powstać gwiazdy. Gdy zaczęło się ochładzać, zaczęły dojrzewać warunki do powstawania gwiazd.
Ale musiało się też wydarzyć coś innego. Ochłodzenie Wszechświata nie wystarczyło, aby powstały gwiazdy. Wodór molekularny musiał zostać utworzony, ponieważ gwiazdy powstają głównie z wodoru cząsteczkowego, a nie z prostego wodoru atomowego wytworzonego przez Wielki Wybuch. (Naukowcy nie nazywają go zwykłym wodorem, nazywają go tylko atomem wodoru).
Większość wodoru we Wszechświecie to wodór cząsteczkowy.
Ale pojedynczy atom wodoru jest rzadkością we współczesnym wszechświecie, ponieważ jest wolnym rodnikiem i jest naprawdę reaktywny. Wodór cząsteczkowy to cząsteczka, w której dwa atomy wodoru są ze sobą związane. Składa się z dwóch protonów i dwóch elektronów i jest bardzo stabilny. W przestrzeni kosmicznej są ogromne chmury wodoru cząsteczkowego i gwiazdy z tych chmur.
Problem we wczesnym Wszechświecie polegał na tym, że chociaż rzeczy stygły, wodór molekularny nie mógł sam się tworzyć. Zgodnie z teorią prosty wodór musiał wchodzić w interakcje z określoną cząsteczką, zanim mogła powstać, a tą cząsteczką był wodorek helu. Ta interakcja była pierwszym krokiem w chemii Wszechświata.
„Brak dowodów na istnienie wodorku helu w przestrzeni międzygwiezdnej był od dziesięcioleci dylematem dla astronomii”.
Rolf Guesten, Max Planck Institute for Radio Astronomy, główny autor
Chociaż teoria głosiła, że wodorek helu musiał istnieć i chociaż został stworzony w laboratorium w 1925 r., Nigdy nie był widoczny w kosmosie. Jest to bardzo piklowana cząsteczka, ponieważ jednym z jej atomów jest hel, gaz szlachetny. A gazy szlachetne bardzo niechętnie reagują z innymi atomami.
Ale teraz to znaleźli.
W artykule opublikowanym 17 kwietnia w czasopiśmie Nature naukowcy opisali, w jaki sposób odkryli nieuchwytny wodorek helu w
mgławica planetarna o nazwie NGC 7027. Używali SOFIA NASA, lub
Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, aby go poszukać. SOFIA to przekształcony Boeing 747SP, który lata na dużych wysokościach, powyżej zakłóceń atmosferycznych, aby dokonywać obserwacji.
Od lat siedemdziesiątych naukowcy sądzili, że NGC 7027 ma niezbędne warunki do istnienia wodorku helu. Używając SOFIA i niemieckiego WIELKIEGO przyrządu (niemiecki odbiornik przy częstotliwościach terahercowych) sondowali NGC 7027, szukając nieuchwytnej cząsteczki.
Głównym autorem artykułu jest Rolf Guesten z Max Planck Institute for Radio Astronomy, w Bonn, Niemcy. „Brak dowodów na istnienie wodorku helu w przestrzeni międzygwiezdnej był od dziesięcioleci dylematem dla astronomii” - powiedział Guesten.
Mgławica planetarna, w której zauważyli ją naukowcy, ma odpowiednie warunki do tworzenia wodorku helu. Starzejąca się gwiazda emituje odpowiednie ciepło i promieniowanie ultrafioletowe do powstania cząsteczki. Ale zajrzenie do tej mgławicy okazało się bardzo trudne. Wpisz SOFIA i WIELKIE.
SOFIA jest swego rodzaju hybrydą między teleskopem naziemnym a teleskopem kosmicznym. Ze swojego punktu obserwacyjnego na wysokości 45 000 stóp jest wolny od większości atmosferycznych zakłóceń Ziemi, podobnie jak teleskop kosmiczny. Ale jest bardziej elastyczny. Ląduje między misjami, a jego oprzyrządowanie można zmienić lub dostosować bardziej jak teleskop naziemny.
W tym przypadku niemiecki instrument GREAT został zintegrowany z SOFIA w 2011 roku. Okazuje się, że ma kluczowe znaczenie w tych badaniach.
„Jesteśmy w stanie zmienić instrumenty i zainstalować najnowszą technologię”, powiedział Naseem Rangwala, zastępca naukowca projektu SOFIA. „Ta elastyczność pozwala nam ulepszać obserwacje i odpowiadać na najbardziej palące pytania, na które naukowcy chcą uzyskać odpowiedź.”
W 2016 r. Naukowcy zaczęli używać SOFIA i GREAT do badania NGC 7027 pod kątem nieuchwytnego wodorku helu. Każda cząsteczka oddziałuje ze światłem na własnej częstotliwości, a WIELKĄ dostrojono do częstotliwości wodorku helu, podobnie do dostrojenia radia do konkretnej stacji. I w końcu mieli szczęście.
„To było tak ekscytujące być tam, widząc wodorek helu po raz pierwszy w danych. Sprowadza to długie poszukiwania do szczęśliwego zakończenia i eliminuje wątpliwości co do naszego zrozumienia podstawowej chemii wczesnego wszechświata.
Rolf Guesten, Max Planck Institute for Radio Astronomy, główny autor
„To było ekscytujące być tam, widząc wodorek helu po raz pierwszy w danych”, powiedział Guesten. „Sprowadza to długie poszukiwania do szczęśliwego zakończenia i eliminuje wątpliwości co do naszego zrozumienia podstawowej chemii wczesnego wszechświata”.
Jest to więc szczęśliwe zakończenie jednego z najdłużej zadawanych pytań astronomii. Pomyślne zakończenie poszukiwań wodorku helu jest miłym zwycięstwem dla naszych teorii opisujących ewolucję Wszechświata.
Jeśli przyjaźnisz się z naukowcem, kup jej piwo i okaż wdzięczność za ich ciężką pracę!
Źródła
- Artykuł badawczy: Astrofizyczne wykrywanie jonu wodorku helu HeH
- Informacja prasowa: W końcu znaleziono pierwszy rodzaj cząsteczki Wszechświata
- NASA: strona internetowa SOFIA
- Wikipedia: jon wodorkowy helu
