Астрофізики зафіксували у космосі першу молекулу Всесвіту

Астрофізики довели наявність молекулярних іонів HeH+ в космічному просторі. Теорія передбачає, що це з'єднання було першим пов'язаним станом атомів у Всесвіті. Попри лабораторне підтвердження існування таких молекул ще в 1925 році, їх так і не вдавалося виявити в космосі. За допомогою спектроскопічних спостережень в терагерцовому діапазоні молекулу вперше вдалося зафіксувати в планетарній туманності NGC 7027, пишуть автори в журналі Nature. Виявлене з'єднання не є реліктом Великого вибуху, а знову утворилося при відповідних умовах сучасного Всесвіту, інформує Ukr.Media.

Згідно з теорією гарячого Великого вибуху, приблизно між 10 секундами та 20 хвилинами від появи нашого Всесвіту відбувався процес первинного нуклеосинтезу, протягом якого утворилися всі складові ядра. В результаті, за масою первинна речовина складалася на 75 відсотків з водню, на 25 відсотків — з гелію-4, і приблизно по 0,01 відсотка припадало на дейтерій і гелій-3, також були слідові кількості літію. Однак у цей час температура була занадто велика для утворення атомів або молекул, тому вся матерія знаходилась в стані плазми.

Коли температура впала до приблизно 4000 кельвінів, почали утворюватися перші нейтральні атоми, причому через більший потенціал іонізації першими з електронами стали об'єднуватися ядра гелію. Потім з'явилися умови для появи першої молекули — гідриду гелію HeH+, — яка утворилася з нейтрального атома гелію і іона водню. З'єднання володіє виключно високою хімічною активністю і найменшою відомою спорідненістю до протона — виділяється при приєднанні цієї частки енергією. На основі цього параметра можна оцінити ступінь кислотності сполуки, яка в цьому випадку виявляється безпрецедентно високою, а значить, гідрид гелію повинен бути найбільш сильною відомою кислотою. Речовина з'явилася ще до рекомбінації водню, тобто до переходу переважної частки речовини в прозорий стан, відщеплення світла від матерії і появи реліктового випромінювання.

Подальше охолодження Всесвіту та освічення нейтрального водню призвело до руйнування гідриду гелію, оскільки він вступає в реакцію з будь-якими нейтральними молекулами чи атомами. Таким чином вийшли іони молекули водню H2+, однією з основних форм матерії в поточну епоху. Незважаючи на настільки велику значущість в хімічній еволюції Всесвіту, HeH+ не вдавалося виявити в космічному просторі. В лабораторії цю речовину було отримано ще в 1925 році, але лише в 70-х роках вчені почали серйозно розглядати можливість існування сполуки в доступній для безпосереднього спостереження плазми.

У роботі під керівництвом Рольфа Гюстена (Rolf Güsten) з Інституту радіоастрономії Товариства Макса Планка описані спектроскопічні спостереження в терагерцовому діапазоні, у яких була виявлена найбільш сильна лінія випромінювання гідриду гелію на довжині хвилі 0,149 міліметра. Таке випромінювання непрозоре для земної атмосфери, тому для збору даних була задіяна інфрачервона обсерваторія SOFIA, розташована на літаку «Boeing 747SP».

Астрофізичні моделі передбачали, що найкращим місцем для пошуку HeH+ є планетарні туманності, тобто протяжні газові оболонки, що скидаються схожими на Сонце зірками в процесі перетворення на білого карлика. У такому разі інтенсивне випромінювання гарячої компактної зірки буде іонізувати вся речовина в близькій околиці, що створить сприятливі умови для тривалого існування гідриду гелію. Саме там з'єднання і знайшли — в планетарній туманності NGC 7027.

«Відкриття HeH+ є хвилюючою і гарною демонстрацією прагнення природи формувати молекули, — говорить співавтор роботи Девід Ньюфелд (David Neufeld) з Університету Джонса Хопкінса. — Незважаючи на малодоступні інгредієнти — суміш водню та інертного благородного газу гелію — і агресивне середовище з температурою в тисячі градусів, тендітна молекула все-таки утворюється. Варто відзначити, що це явище не тільки можна спостерігати астрономічними методами, але і зрозуміти з використанням теоретичних моделей».