Через кілька сотень тисяч років після Великого вибуху гарячий, молодий суп нашого Всесвіту охолодив достатньо, щоб найменші будівельні блоки життя вперше об'єдналися в атоми. Одного баллійного, 7,700 градусів за Фаренгейтом (3700 градусів за Цельсієм), атом гелію глянсував на єдиному протоні - насправді позитивно зарядженому іоні водню - і була створена перша молекула Всесвіту: гідрид гелію або HeH +.
Вчені майже століття вивчали виготовлені в лабораторіях версії цієї споконвічної молекули, але ніколи не знайшли її слідів у нашому сучасному Всесвіті - дотепер. У новому дослідженні, опублікованому сьогодні (17 квітня) у журналі Nature, астрономи повідомляють про використання повітряного телескопа для виявлення тліючої HeH + у хмарі газів навколо вмираючої зірки, яка знаходиться близько 3000 світлових років.
На думку дослідників, це відкриття, яке пройшло більше 13 мільярдів років, переконливо показує, що HeH + формується природним чином в умовах, подібних до тих, що були знайдені в ранньому Всесвіті.
"Хоча HeH + має обмежене значення на Землі сьогодні, хімія Всесвіту почалася саме з цього іона", - написала команда в новому дослідженні. "Однозначне виявлення, про яке повідомляється тут, приносить нарешті десятиліття пошуків до щасливого кінця".
Перша молекула у Всесвіті
HeH + - найсильніша відома кислота на Землі і вперше була синтезована в лабораторії в 1925 році. Оскільки вона виготовлена з водню та гелію - двох найпоширеніших елементів у Всесвіті і першим, що з'явився з ядерного реактора Великого вибуху 13,8 млрд. років тому - вчені давно передбачили, що молекула була найпершою, що утворюється, коли всесвіт, що охолоджує, дозволив протонам, нейтронам та електронам існувати поряд в атомах.
Вчені не можуть перемотати Всесвіт для того, щоб полювати за цією новомодною молекулою, де вона народилася, але вони можуть шукати її в частинах сучасного Всесвіту, які найкраще повторюють ці суперхото, надзмірна щільність - у молодих туманностях газу і плазми, які вибухають вмираючих зірок.
Ці так звані планетарні туманності утворюються, коли зірки, схожі на сонце, до кінця свого життя, вибухають їх зовнішні оболонки і збиваються в білі карлики, щоб повільно охолонути в кришталеві кульки. Коли охолоджуючі зірки охолоджуються, вони все ще випромінюють достатньо тепла, щоб позбавити атоми водню довкола своїх електронів, перетворюючи атоми в голі протони, необхідні для формування HeH +.
Виявити HeH + навіть у найближчих до Землі планетарних туманностях досить складно, оскільки він світиться на інфрачервоній довжині хвилі, що легко затемнюється атмосферою нашої планети. У новому дослідженні дослідники обійшли цю атмосферну імлу, використовуючи високотехнологічний телескоп, встановлений на рухомому літаку під назвою SOFIA (Стратосферна обсерваторія інфрачервоної астрономії).
Протягом трьох польотів у 2016 році команда підготувала телескоп SOFIA на планетарній туманності під назвою NGC 7027, приблизно на 3000 світлових років від Землі. Центральна зірка туманності є однією з найгарячіших відомих на небі, писали дослідники, і, за оцінками, вона викинула її зовнішню оболонку лише близько 600 років тому. Оскільки навколишня туманність настільки гаряча, молода та компактна, це ідеальне місце для полювання на висоту хвиль HeH +. На думку дослідників, саме там їх знайшла СОФІЯ.
"Відкриття HeH + - це драматична і красива демонстрація схильності природи до формування молекул", - йдеться у співавторі дослідження Девіда Нойфельда, професора університету Джона Хопкінса в Балтіморі. "Незважаючи на доступні неперспективні інгредієнти, суміш водню з нереактивним благородним газовим гелієм та суворим середовищем у тисячах градусів Цельсія утворюється неміцна молекула".
