Необходим е богат и разнообразен набор от сложни молекули, за да съществуват неща като звезди, галактики, планети и форми на живот като нас. Но преди хората и всички сложни молекули, от които сме направени, да могат да съществуват, трябваше да има първата първична молекула, която започна дълга верига от химически събития, водещи до всичко, което виждате около вас днес.
Въпреки че отдавна се теоретизира съществуването, липсата на наблюдателни доказателства за тази молекула беше проблематична за учените. Сега те са го намерили и тези учени могат да си почиват лесно. Тяхната теория за прогнозиране печели!
В най-ранните дни на Вселената имаше само два или три вида атоми. Водородът, хелият и малките количества литий са създадени от нуклеосинтезата на Големия взрив. Всички останали елементи бяха изковани по-късно, в звезди. Звездите са предимно водород, но звездите не могат да се образуват от прости водородни атоми, създадени в Големия взрив. Те се образуват от това, което се нарича молекулен водород. И молекулярният водород не би могъл да се образува без така наречената „първа молекула“, комбинация от хелий и водород, наречена хелиев хидрид. Теорията казва, че хелиевият хидрид е създаден около 100 000 години след Големия взрив.
„Беше толкова вълнуващо да бъда там, когато видях за първи път в данните хелиев хидрид.“
Ролф Гюстен, Институт за радиоастрономия Макс Планк, водещ автор.
Можете да заснемете кадър от ранната Вселена, някъде около 100 000 години след Големия взрив. Беше много горещо и беше населено само от водород, хелий и тази мъничка част от литий. Преди атомната популация на Вселената да може да се диверсифицира, трябваше да се образуват звезди. След като започна да изстива, условията започват да узряват, за да се образуват звезди.
Но трябваше да се случи и нещо друго. Охлаждането на Вселената не беше достатъчно, за да се образуват звезди. Трябва да се създаде молекулярен водород, тъй като звездите са направени предимно от молекулен водород, а не от простия атомен водород, създаден от Големия взрив. (Учените не го наричат обикновен водород, а просто водороден атом.)
Повечето от водорода във Вселената е молекулен водород.
Но един водороден атом е рядък в днешната Вселена, защото е свободен радикал и наистина реактивен. Молекулярният водород е молекула, в която два водородни атома са свързани. Състои се от два протона и два електрона и е много стабилен. В космоса има масивни облаци от молекулен водород и звезди от тези облаци.
Проблемът в ранната Вселена беше, въпреки че нещата се охлаждаха, молекулярният водород не можеше да се образува самостоятелно. Според теорията, простият водород е необходим за взаимодействие със специфична молекула, преди да може да се образува, и тази молекула е хелиев хидрид. Това взаимодействие беше първата стъпка в химията на Вселената.
„Липсата на доказателства за самото съществуване на хелиев хидрид в междузвездното пространство беше дилема за астрономията в продължение на десетилетия.“
Ролф Гюстен, Институт за радиоастрономия Макс Планк, водещ автор
Въпреки че теорията казва, че хелиевият хидрид трябва да съществува и въпреки че е създаден в лаборатория през 1925 г., той никога не е бил виждан в космоса. Това е много кисела молекула, защото един от съставните й атоми е хелий, благороден газ. А благородните газове са много неохотни да реагират с други атоми.
Но сега са го намерили.
В документ, публикуван на 17 април в списанието Nature, изследователите очертаха как са открили неуловимия хелиев хидрид в
планетна мъглявина, наречена NGC 7027. Те използваха НАСА СОФИЯ, или
Стратосферна обсерватория за инфрачервена астрономия, за да я потърсим. SOFIA е преобразуван Boeing 747SP, който лети на голяма надморска височина, над атмосферните смущения, за да направи наблюдения.
Още от 70-те години на миналия век учените смятали, че NGC 7027 има необходимите условия за съществуване на хелиев хидрид. Използвайки SOFIA и германския GREAT инструмент (немски приемник на Terahertz Frequency) тест NGC 7027, търсейки неуловимата молекула.
Водещ автор на статията е Ролф Густен от Института за радиоастрономия „Макс Планк“ в Бон, Германия. „Липсата на доказателства за самото съществуване на хелиев хидрид в междузвездното пространство беше дилема за астрономията в продължение на десетилетия“, каза Гуестен.
Планетарната мъглявина, където изследователите я забелязват, има подходящи условия за образуване на хелиев хидрид. Стареещата звезда излага правилната топлина и ултравиолетово лъчение, за да се образува молекулата. Но да се погледне вътре в тази мъглявина се оказа много трудно. Влезте в СОФИЯ и ВЕЛИКО.
SOFIA е нещо като хибрид между наземен телескоп и космически телескоп. От своята гледна точка на 45 000 фута, тя е без повечето атмосферни смущения на Земята, подобно на космически телескоп. Но е по-гъвкав Той се приземява между мисии и неговото оборудване може да бъде променено или приспособено по-скоро като наземен телескоп.
В този случай германският GREAT инструмент беше интегриран в СОФИЯ през 2011 г. И той се оказа основен в това изследване.
„Ние сме в състояние да променим инструментите и да инсталираме най-новите технологии“, казва Насеем Рангвала, учен от проекта на SOFIA. „Тази гъвкавост ни позволява да подобрим наблюденията и да отговорим на най-належащите въпроси, на които учените искат да отговорят.“
През 2016 г. учените започнаха да използват SOFIA и GREAT за сондиране на NGC 7027 за неуловимия хелиев хидрид. Всяка молекула взаимодейства със светлина на собствената си честота и GREAT е настроен на честотата на хелиев хидрид, подобно на настройването на радио към определена станция. И най-накрая извадиха късмет.
„Беше толкова вълнуващо да бъда там, когато за пръв път в данните видях хелиев хидрид. Това води дълго търсене до щастлив край и елиминира съмненията относно нашето разбиране на основата на химията на ранната Вселена.
Ролф Гюстен, Институт за радиоастрономия Макс Планк, водещ автор
„Беше толкова вълнуващо да бъда там, когато видях за първи път хелиевия хидрид в данните“, каза Гуестен. „Това води дълго търсене до щастлив край и елиминира съмненията относно нашето разбиране на основата на химията на ранната вселена.“
Това е щастливият край на един от най-дълго задаваните въпроси на астрономията. Успешното заключение за търсенето на хелиев хидрид е приятна победа за нашите теории, подробно описващи еволюцията на Вселената.
Ако сте приятели с учен, отидете да й купите бира и покажете известна оценка за тяхната упорита работа!
Източници
- Документ за изследване: Астрофизично откриване на хелиевия хидриден йон HeH
- Прессъобщение: Първият тип молекули на Вселената е намерен най-накрая
- НАСА: Уебсайт на СОФИЯ
- Уикипедия: йон на хелиев хидрид
