Перша молекулярна сполука в нашому Всесвіті виникла між гелієм та ядром водню. Астрономи вперше виявили цей іон гідриду гелію (HeH+) у космосі. З допомогою телескопа-літака SOFIA вони натрапили на іон в планетарному тумані, віддаленому від нас на 3 000 світлових років. Так після пошуків, що тривали десятки років, тепер доведено: первинний іон в космосі міг виникнути й проіснувати донині, повідомили науковці в журналі «Nature».
Спектр іона гідриду гелію HeH+, який вдалося виявити в міжзоряному просторі. Зображення: William B. Latter (SIRTF Science Center/Caltech) und NASA/ESA; Spektrum: Rolf Güsten/MPIfR, Nature.
Спочатку був водень: приблизно через 380 000 років після Великого вибуху утворилися перші нейтральні атоми – елементи водню, гелію і літію. Трохи пізніше молодий Усесвіт пережив ще одну визначальну подію: виникла перша хімічна сполука. Нейтральні атоми гелію при цьому взаємодіяли з протонами водню та утворювали іон гідриду гелію (HeH+).
«Загальна хімія Всесвіту почалася з цього іона, – пояснили Рольф Гестен (Rolf Güsten) з Інституту радіоастрономії імені Макса Планка (Бонн) та його колеги. – Незважаючи на його беззаперечну роль в еволюції раннього Універсуму, дотепер ще нікому не вдавалося безпосередньо виявити іон гідриду гелію в міжзоряному просторі». Хоч цю нестабільну молекулу хіміки могли створювати в лабораторії ще з 1925 року.
Чи гідрид гелію може виникнути в космосі за природних умов, дотепер залишалося питанням відкритим – з огляду на брак доказів. «Така відсутність доказів була для астрономії справжньою дилемою, – сказали науковці. – Вона ставила під сумнів загалом наше розуміння процесів раннього Всесвіту». Докази існування цієї молекули виявляли в рештках наднової SN 1987A і в деяких віддалених квазарах, але всіх їх не вдавалося підтвердити.
Проте зараз астрономи нарешті вийшли на слід цієї первинної молекули. Це вдалося Гестену та його команді з допомогою телескопа-літака SOFIA. Він оснащений спектрометром, за допомогою якого можна зафіксувати характерні спектральні лінії гідриду гелію, що становлять 2,01 терагерца.
Оскільки під атмосферу таке випромінювання проникнути не може, телескоп піднявся на висоту 13-14 кілометрів. Вічко телескопа астрономи спрямували на планетарний туман NGC 7027, віддалений на 3 000 світлових років. Ці рештки зірки, що помирає, складаються з вкрай гарячого та яскраво-білого карлика та відносно компактної оболонки вивільнених газів. У цій газовій оболонці панують умови, за яких, згідно з моделями, мав би виникати гідрид гелію.
І справді: в газах NGC 7027 терагерц-спектрометр на SOFIA зафіксував сигнал гідриду гелію, який так довго шукали. Спектральні лінії гідриду гелію впізнали за довжиною 149 мікрометрів, що відповідає частоті 2,01 терагерца. Як і сподівалися, молекула утворювалася на внутрішньому краї гарячої, пронизаної сильним випромінювання газової хмари цього туману.
«Однозначний доказ молекули ознаменовує щасливий кінець десятилітніх пошуків», – констатують науковці. Водночас виявлений доказ підтверджує: наше розуміння механізмів виникнення та руйнування молекул у Всесвіті загалом правильні.
Nadja Podbregar
Erstes Molekül des Universums nachgewiesen https://www.scinexx.de/news/kosmos/erstes-ion-des-universums-nachgewiesen/?fbclid=IwAR0U4qYTZ2mvV7IsNxZerXxzrtAKriI6xXRCghYPC-wYrF-YxKAGZvfQnd8
Nature, 2019, 18/04/2019
Зреферувала С. К.
24.04.2019