Kilkaset tysięcy lat po Wielkim Wybuchu gorąca, młoda zupa naszego wszechświata ochłodziła się wystarczająco, aby najmniejsze elementy życia połączyły się po raz pierwszy w atomy. Pewnego balsamicznego dnia o temperaturze 6700 stopni Fahrenheita (3700 stopni Celsjusza) atom helu przeleciał nad pojedynczym protonem - właściwie dodatnio naładowanym jonem wodoru - i powstała pierwsza cząsteczka wszechświata: wodorek helu lub HeH +.
Naukowcy badali laboratoryjne wersje tej pierwotnej cząsteczki przez prawie wiek, ale nigdy nie znaleźli jej śladów w naszym współczesnym wszechświecie - do tej pory. W nowym badaniu opublikowanym dzisiaj (17 kwietnia) w czasopiśmie Nature astronomowie informują o użyciu teleskopu powietrznego do wykrywania tlącego się HeH + w chmurze gazu wokół umierającej gwiazdy około 3000 lat świetlnych stąd.
Według naukowców odkrycie, które trwa od ponad 13 miliardów lat, pokazuje jednoznacznie, że HeH + powstaje naturalnie w warunkach podobnych do tych, które występują we wczesnym wszechświecie.
„Chociaż HeH + ma obecnie ograniczone znaczenie na Ziemi, chemia wszechświata rozpoczęła się od tego jonu” - napisali zespół w nowym badaniu. „Zgłoszone tutaj jednoznaczne wykrycie przynosi wreszcie dziesięciolecia poszukiwań i szczęśliwe zakończenie”.
Pierwsza cząsteczka we wszechświecie
HeH + jest najsilniejszym znanym kwasem na Ziemi i został po raz pierwszy zsyntetyzowany w laboratorium w 1925 r. Ponieważ jest on wytwarzany z wodoru i helu - dwóch najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków we wszechświecie i pierwszych, które wyłoniły się z reaktora jądrowego Wielkiego Wybuchu 13,8 miliarda lata temu - naukowcy od dawna przewidują, że cząsteczka ta powstała jako pierwsza, gdy chłodzący się wszechświat pozwolił protonom, neutronom i elektronom istnieć obok siebie w atomach.
Naukowcy nie mogą przewinąć wszechświata w poszukiwaniu tej raczkującej molekuły, w której się urodził, ale mogą go poszukać w częściach współczesnego wszechświata, które najlepiej odzwierciedlają te super-superduże warunki - w młodej mgławicy gazu i plazmy, która eksploduje umierających gwiazd.
Te tak zwane mgławice planetarne powstają, gdy gwiazdy podobne do Słońca osiągają kres swojego życia, wysadzają swoje zewnętrzne skorupy i skurczą się w białe karły, aby powoli ochłodzić się w kryształowe kule. Gdy umierające gwiazdy ochładzają się, nadal emitują wystarczającą ilość ciepła, aby usunąć pobliskie atomy wodoru ich elektronów, zamieniając atomy w nagie protony, które są potrzebne do powstania HeH +.
Wykrywanie HeH + w nawet najbliższych mgławicach planetarnych do Ziemi jest trudne, ponieważ świeci przy długości fali podczerwieni, która jest łatwo przysłonięta przez atmosferę naszej planety. W nowych badaniach naukowcy obejrzeli tę atmosferyczną mgłę, używając zaawansowanego technologicznie teleskopu zamontowanego na poruszającym się samolocie zwanym SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy).
W ciągu trzech lotów w 2016 r. Zespół wyszkolił teleskop SOFIA na mgławicy planetarnej o nazwie NGC 7027, około 3000 lat świetlnych od Ziemi. Naukowcy napisali, że centralna gwiazda mgławicy jest jedną z najgorętszych znanych na niebie i szacuje się, że zrzuciła swoją zewnętrzną powłokę zaledwie około 600 lat temu. Ponieważ otaczająca mgławica jest tak gorąca, młoda i zwarta, jest idealnym miejscem do polowania na fale HeH +. Według naukowców właśnie tam znalazła je SOFIA.
„Odkrycie HeH + jest dramatyczną i piękną demonstracją skłonności natury do tworzenia cząsteczek” - powiedział w oświadczeniu współautor badania David Neufeld, profesor z Johns Hopkins University w Baltimore. „Pomimo dostępnych mało obiecujących składników, mieszanina wodoru z niereaktywnym helem z gazu szlachetnego i surowe środowisko w tysiącach stopni Celsjusza tworzy delikatną cząsteczkę”.
