Для существования таких вещей, как звезды, галактики, планеты и формы жизни, нам нужны богатый и разнообразный набор сложных молекул. Но прежде чем могли существовать люди и все сложные молекулы, из которых мы сделаны, должна была быть та самая первичная молекула, которая запустила длинную цепь химических событий, которые привели ко всему, что вы видите вокруг себя сегодня.
Несмотря на то, что теоретически существовало долгое время, отсутствие наблюдательных данных для этой молекулы было проблематичным для ученых. Теперь они нашли это, и эти ученые могут спокойно отдыхать. Их предсказательная теория побеждает!
В самые первые годы существования Вселенной было всего два или три типа атомов. Водород, гелий и крошечные количества лития были созданы в результате нуклеосинтеза Большого взрыва. Все остальные элементы были выкованы позже, в звёздах. Звезды в основном водородные, но звезды не могли образоваться из простых атомов водорода, созданных в результате Большого взрыва. Они образуются из так называемого молекулярного водорода. А молекулярный водород не может образоваться без так называемой «первой молекулы», комбинации гелия и водорода, называемой гидридом гелия. Теория говорит, что гидрид гелия был создан примерно через 100 000 лет после Большого взрыва.
«Было так здорово быть там, впервые увидев гидрид гелия в данных».
Рольф Гестен, Институт радиоастрономии Макса Планка, ведущий автор.
Вы можете сделать снимок ранней Вселенной, где-то через 100 000 лет после Большого взрыва. Было очень жарко, и населяли только водород, гелий и тот крошечный литий. Прежде чем атомная популяция Вселенной смогла диверсифицироваться, звезды должны были сформироваться. Как только это начало охлаждаться, условия начали созревать для формирования звезд.
Но что-то еще должно было случиться. Охлаждения Вселенной было недостаточно для формирования звезд. Молекулярный водород должен был быть создан, так как звезды сделаны в основном из молекулярного водорода, а не из простого атомного водорода, созданного Большим взрывом. (Ученые не называют это простым водородом, они называют это просто атомом водорода.)
Большая часть водорода во Вселенной - это молекулярный водород.
Но один атом водорода редко встречается в современной Вселенной, потому что он является свободным радикалом и действительно реактивен. Молекулярный водород - это молекула, в которой два атома водорода связаны друг с другом. Он состоит из двух протонов и двух электронов и очень стабилен. В космосе огромные облака молекулярного водорода и звезды из этих облаков.
Проблема в ранней Вселенной заключалась в том, что, хотя вещи и охлаждались, молекулярный водород не мог образовываться сам по себе. Согласно теории, простой водород должен взаимодействовать с определенной молекулой, прежде чем он сможет сформироваться, и эта молекула была гидридом гелия. Это взаимодействие было первым шагом в химии Вселенной.
«Отсутствие доказательств самого существования гидрида гелия в межзвездном пространстве было дилеммой для астрономии на протяжении десятилетий».
Рольф Гестен, Институт радиоастрономии им. Макса Планка, ведущий автор
Хотя теория гласила, что гидрид гелия должен существовать, и хотя он был создан в лаборатории в 1925 году, его никогда не видели в космосе. Это очень маринованная молекула, потому что одним из составляющих ее атомов является гелий, благородный газ. А благородные газы очень неохотно реагируют с другими атомами.
Но теперь они нашли это.
В статье, опубликованной 17 апреля в журнале Nature, исследователи рассказали, как они обнаружили неуловимый гидрид гелия в
планетарная туманность под названием NGC 7027. Они использовали SOFIA НАСА, или
Стратосферная обсерватория по инфракрасной астрономии, чтобы искать ее. SOFIA - это переделанный Boeing 747SP, который летает на больших высотах над атмосферными помехами для наблюдения.
Еще с 1970-х годов ученые считали, что NGC 7027 имеет необходимые условия для существования гидрида гелия. Используя SOFIA и немецкий инструмент GREAT (немецкий приемник на частотах Терагерца), они исследовали NGC 7027 в поисках неуловимой молекулы.
Ведущий автор статьи - Рольф Гестен из Радиоастрономического института им. Макса Планка в Бонне, Германия. «Отсутствие доказательств самого существования гидрида гелия в межзвездном пространстве было дилеммой для астрономии на протяжении десятилетий», - сказал Гестен.
Планетарная туманность, на которой ее обнаружили исследователи, имеет подходящие условия для образования гидрида гелия. Стареющая звезда излучает правильное тепло и ультрафиолетовое излучение для образования молекулы. Но заглянуть внутрь этой туманности оказалось очень сложно. Введите Софию и БОЛЬШОЙ.
SOFIA - это своего рода гибрид между наземным и космическим телескопами. С точки обзора в 45 000 футов он свободен от большинства атмосферных помех Земли, почти как космический телескоп. Но это более гибко. Он приземляется между миссиями, и его приборы могут быть изменены или адаптированы, как наземный телескоп.
В этом случае немецкий инструмент GREAT был интегрирован в SOFIA в 2011 году. И это доказало свою важность в этом исследовании.
«Мы можем менять инструменты и устанавливать новейшие технологии», - сказал Насим Рангвала, заместитель исследователя проекта SOFIA. «Эта гибкость позволяет нам улучшать наблюдения и отвечать на самые насущные вопросы, на которые ученые хотят получить ответы».
В 2016 году ученые начали использовать SOFIA и GREAT для исследования NGC 7027 на предмет неуловимого гидрида гелия. Каждая молекула взаимодействует со светом на своей собственной частоте, и GREAT был настроен на частоту гидрида гелия, аналогично настройке радио на определенную станцию. И им наконец повезло.
«Было так здорово быть там, впервые увидев гидрид гелия в данных. Это приводит к долгому поиску счастливого конца и устраняет сомнения в нашем понимании основной химии ранней вселенной.
Рольф Гестен, Институт радиоастрономии им. Макса Планка, ведущий автор
«Было так здорово быть там, впервые увидев гидрид гелия в данных», - сказал Гестен. «Это приводит к долгому поиску счастливого конца и устраняет сомнения в нашем понимании основной химии ранней вселенной».
Так что это счастливый конец одного из самых часто задаваемых вопросов астрономии. Успешное завершение поиска гидрида гелия является хорошей победой для наших теорий, детализирующих эволюцию Вселенной.
Если вы дружите с ученым, идите и купите ей пива и поблагодарите их за тяжелую работу!
Источники
- Научная работа: Астрофизическое обнаружение иона гидрида гелия HeH
- Пресс-релиз: наконец-то найден первый в мире тип молекулы
- НАСА: Сайт София
- Википедия: Ион гидрида гелия
