Спустя несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва горячий молодой суп нашей вселенной остыл достаточно, чтобы самые маленькие строительные блоки жизни впервые смогли объединиться в атомы. В один приятный день в 6700 градусов по Фаренгейту (3700 градусов по Цельсию) атом гелия бросился на один протон - фактически положительно заряженный ион водорода - и была образована самая первая в мире молекула: гидрид гелия или HeH +.
Ученые изучали лабораторные версии этой изначальной молекулы в течение почти столетия, но они никогда не находили ее следов в нашей современной вселенной - до сих пор. В новом исследовании, опубликованном сегодня (17 апреля) в журнале Nature, астрономы сообщают об использовании бортового телескопа для обнаружения тлеющего HeH + в облаке газа вокруг умирающей звезды на расстоянии около 3000 световых лет.
По словам исследователей, это открытие, которое было создано более 13 миллиардов лет, убедительно показывает, что HeH + образуется естественным образом в условиях, аналогичных тем, которые были обнаружены в ранней Вселенной.
«Хотя HeH + имеет ограниченное значение на Земле сегодня, химия Вселенной началась с этого иона», - написала команда в новом исследовании. «Однозначное обнаружение, о котором здесь сообщается, наконец-то привело к долгим поискам».
Первая молекула во вселенной
HeH + - самая сильная из известных кислот на Земле, и она была впервые синтезирована в лаборатории в 1925 году. Потому что она сделана из водорода и гелия - двух самых распространенных элементов во вселенной и первой, появившейся в ядерном реакторе Большого взрыва 13,8 миллиарда годы назад - ученые давно предсказывали, что молекула была первой, которая сформировалась, когда охлаждающая вселенная позволила протонам, нейтронам и электронам существовать бок о бок в атомах.
Ученые не могут перематывать вселенную, чтобы охотиться за этой молодой молекулой, где она родилась, но они могут искать ее в тех частях современной вселенной, которые лучше всего воспроизводят эти сверхгорячие, сверхплотные условия - в молодых туманностях газа и плазмы, которые взрываются умирающих звезд.
Эти так называемые планетарные туманности образуются, когда солнечные звезды достигают конца своей жизни, взрывают свои внешние оболочки и высыхают в белых карликов, чтобы медленно остывать в хрустальные шары. По мере того как эти умирающие звезды охлаждаются, они все еще излучают достаточно тепла, чтобы лишить соседних атомов водорода своих электронов, превращая атомы в чистые протоны, необходимые для образования HeH +.
Обнаружить HeH + даже в самых близких к Земле планетарных туманностях сложно, потому что он светится на инфракрасной длине волны, которая легко скрывается атмосферой нашей планеты. В новом исследовании исследователи обошли эту атмосферную дымку с помощью высокотехнологичного телескопа, установленного на движущемся самолете под названием SOFIA (стратосферная обсерватория для инфракрасной астрономии).
В течение трех полетов в 2016 году команда обучила телескоп SOFIA на планетарной туманности под названием NGC 7027, на расстоянии около 3000 световых лет от Земли. Исследователи написали, что центральная звезда туманности - одна из самых горячих на небе, и, по оценкам, она потеряла свою внешнюю оболочку лишь около 600 лет назад. Поскольку окружающая туманность очень горячая, молодая и компактная, это идеальное место для охоты на волны HeH +. По словам исследователей, именно там SOFIA их нашла.
«Открытие HeH + является драматической и прекрасной демонстрацией тенденции природы к образованию молекул», - говорится в заявлении соавтора исследования Дэвида Нойфельда, профессора Университета Джона Хопкинса в Балтиморе. «Несмотря на бесперспективные ингредиенты, которые имеются в наличии, в смеси водорода с нереакционноспособным гелием из благородного газа и суровой окружающей среды при тысячах градусов Цельсия образуется хрупкая молекула».
