Χρειάζεται ένα πλούσιο και ποικίλο σύνολο πολύπλοκων μορίων για να υπάρχουν πράγματα όπως αστέρια, γαλαξίες, πλανήτες και μορφές ζωής. Αλλά προτού να υπάρξουν άνθρωποι και όλα τα πολύπλοκα μόρια από τα οποία φτιάξαμε, έπρεπε να υπάρξει αυτό το πρώτο αρχέγονο μόριο που ξεκίνησε μια μακρά αλυσίδα χημικών γεγονότων που οδήγησε σε ό, τι βλέπετε γύρω σας σήμερα.
Αν και υπήρξε από καιρό θεωρητική ύπαρξη, η έλλειψη παρατηρητικών στοιχείων για αυτό το μόριο ήταν προβληματική για τους επιστήμονες. Τώρα το βρήκαν και αυτοί οι επιστήμονες μπορούν να ξεκουραστούν εύκολα. Η προγνωστική θεωρία τους κερδίζει!
Στις πρώτες μέρες του Σύμπαντος, υπήρχαν μόνο δύο ή τρεις τύποι ατόμων. Το υδρογόνο, το ήλιο και οι μικρές ποσότητες λιθίου δημιουργήθηκαν από το Big Bang Nucleosynthesis. Όλα τα άλλα στοιχεία σφυρηλατήθηκαν αργότερα, σε αστέρια. Τα αστέρια είναι κυρίως υδρογόνο, αλλά τα αστέρια δεν μπορούσαν να σχηματιστούν από τα απλά άτομα υδρογόνου που δημιουργήθηκαν στο Big Bang. Σχηματίζονται από αυτό που ονομάζεται μοριακό υδρογόνο. Και το μοριακό υδρογόνο δεν θα μπορούσε να σχηματιστεί χωρίς το λεγόμενο «πρώτο μόριο», ένας συνδυασμός ηλίου και υδρογόνου που ονομάζεται υδρίδιο ηλίου. Η θεωρία λέει ότι το υδρίδιο ηλίου δημιουργήθηκε περίπου 100.000 χρόνια μετά το Big Bang.
«Ήταν πολύ συναρπαστικό να είσαι εκεί, βλέποντας το υδρίδιο ηλίου για πρώτη φορά στα δεδομένα.»
Rolf Guesten, Max Planck Institute for Radio Astronomy, επικεφαλής συγγραφέας.
Μπορείτε να δείτε ένα στιγμιότυπο του πρώιμου Σύμπαντος, κάπου περίπου 100.000 χρόνια μετά το Big Bang. Ήταν πολύ ζεστό και κατοικήθηκε μόνο από υδρογόνο, ήλιο, και αυτό το μικρό λίθιο. Προτού να διαφοροποιηθεί ο ατομικός πληθυσμός του Σύμπαντος, έπρεπε να σχηματιστούν αστέρια. Μόλις άρχισε να κρυώνει, οι συνθήκες άρχισαν να ωριμάζουν για να σχηματιστούν αστέρια.
Αλλά κάτι άλλο έπρεπε να συμβεί επίσης. Η ψύξη του Σύμπαντος δεν ήταν αρκετή για να σχηματιστούν αστέρια. Το μοριακό υδρογόνο έπρεπε να δημιουργηθεί, δεδομένου ότι τα αστέρια παράγονται σε μεγάλο βαθμό από μοριακό υδρογόνο και όχι από το απλό ατομικό υδρογόνο που δημιουργήθηκε από το Big Bang. (Οι επιστήμονες δεν το αποκαλούν απλό υδρογόνο, το αποκαλούν απλώς άτομο υδρογόνου.)
Το μεγαλύτερο μέρος του υδρογόνου στο Σύμπαν είναι μοριακό υδρογόνο.
Αλλά ένα άτομο υδρογόνου είναι σπάνιο στο σημερινό Σύμπαν, επειδή είναι ελεύθερη ρίζα και είναι πραγματικά αντιδραστικό. Το μοριακό υδρογόνο είναι ένα μόριο στο οποίο δύο άτομα υδρογόνου συνδέονται μεταξύ τους. Αποτελείται από δύο πρωτόνια και δύο ηλεκτρόνια και είναι πολύ σταθερό. Υπάρχουν τεράστια σύννεφα μοριακού υδρογόνου εκεί έξω και αστέρια από αυτά τα σύννεφα.
Το πρόβλημα στο πρώιμο Σύμπαν ήταν, παρόλο που τα πράγματα κρυβόταν, το μοριακό υδρογόνο δεν μπορούσε να σχηματιστεί από μόνο του. Σύμφωνα με τη θεωρία, το απλό υδρογόνο χρειάστηκε να αλληλεπιδράσει με ένα συγκεκριμένο μόριο πριν μπορέσει να σχηματιστεί και αυτό το μόριο ήταν υδρίδιο ηλίου. Αυτή η αλληλεπίδραση ήταν το πρώτο βήμα στη χημεία του Σύμπαντος.
«Η έλλειψη αποδεικτικών στοιχείων για την ίδια την ύπαρξη του υδριδίου του ηλίου στον διαστρικό χώρο ήταν ένα δίλημμα για την αστρονομία για δεκαετίες».
Rolf Guesten, Max Planck Institute for Radio Astronomy, επικεφαλής συγγραφέας
Παρόλο που η θεωρία είπε ότι έπρεπε να υπάρχει υδρίδιο ηλίου, και παρόλο που είχε δημιουργηθεί σε εργαστήριο το 1925, δεν είχε δει ποτέ στο διάστημα. Είναι ένα πολύ μόριο τουρσί, επειδή ένα από τα συστατικά του άτομα είναι το ήλιο, ένα ευγενές αέριο. Και τα ευγενή αέρια είναι πολύ απρόθυμα να αντιδράσουν με άλλα άτομα.
Αλλά τώρα το βρήκαν.
Σε μια δημοσίευση που δημοσιεύθηκε στις 17 Απριλίου στο περιοδικό Nature, οι ερευνητές περιέγραψαν πώς ανακάλυψαν το αόριστο υδρίδιο ηλίου στο
πλανητικό νεφέλωμα που ονομάζεται NGC 7027. Χρησιμοποίησαν το SOFIA της NASA ή
Στρατοσφαιρικό Παρατηρητήριο υπέρυθρης αστρονομίας, για να το αναζητήσετε. Το SOFIA είναι ένα Boeing 747SP που έχει μετατραπεί και πετά σε μεγάλα υψόμετρα, πάνω από τις ατμοσφαιρικές παρεμβολές, για να κάνει παρατηρήσεις.
Από τη δεκαετία του 1970, οι επιστήμονες πίστευαν ότι το NGC 7027 είχε τις απαραίτητες συνθήκες για να υπάρξει υδρίδιο ηλίου. Χρησιμοποιώντας το SOFIA και το γερμανικό ΜΕΓΑΛΟ όργανο (Γερμανικός δέκτης στις συχνότητες Terahertz) διερεύνησαν το NGC 7027, αναζητώντας το αόριστο μόριο.
Ο κύριος συγγραφέας της εφημερίδας είναι ο Rolf Guesten του Max Planck Institute for Radio Astronomy, στη Βόννη της Γερμανίας. «Η έλλειψη αποδεικτικών στοιχείων για την ίδια την ύπαρξη του υδριδίου του ηλίου στον διαστρικό χώρο ήταν ένα δίλημμα για την αστρονομία για δεκαετίες», δήλωσε ο Guesten.
Το πλανητικό νεφέλωμα όπου οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι έχει τις κατάλληλες συνθήκες για να σχηματιστεί υδρίδιο ηλίου. Το γηράσκων αστέρι εκπέμπει τη σωστή θερμότητα και υπεριώδη ακτινοβολία για να σχηματιστεί το μόριο. Αλλά το να κοιτάς μέσα στο νεφέλωμα αποδείχθηκε πολύ δύσκολο. Εισάγετε ΣΟΦΙΑ και ΜΕΓΑΛΗ.
Το SOFIA είναι σαν ένα υβρίδιο μεταξύ ενός επίγειου τηλεσκοπίου και ενός διαστημικού τηλεσκοπίου. Από το πλεονεκτικό του σημείο στα 45.000 πόδια, είναι απαλλαγμένο από τις περισσότερες ατμοσφαιρικές παρεμβολές της Γης, σαν ένα διαστημικό τηλεσκόπιο. Αλλά είναι πιο ευέλικτο. Προσγειώνεται μεταξύ των αποστολών και τα όργανα μπορούν να αλλάξουν ή να προσαρμοστούν περισσότερο όπως ένα επίγειο τηλεσκόπιο.
Σε αυτήν την περίπτωση, το γερμανικό GREAT όργανο ενσωματώθηκε στο SOFIA το 2011. Και έχει αποδειχθεί καθοριστικό σε αυτήν την έρευνα.
«Είμαστε σε θέση να αλλάξουμε όργανα και να εγκαταστήσουμε την τελευταία λέξη της τεχνολογίας», δήλωσε ο Naseem Rangwala, αναπληρωτής επιστήμονας του έργου της SOFIA. «Αυτή η ευελιξία μας επιτρέπει να βελτιώσουμε τις παρατηρήσεις και να ανταποκριθούμε στις πιο πιεστικές ερωτήσεις που οι επιστήμονες θέλουν να απαντήσουν».
Το 2016, οι επιστήμονες άρχισαν να χρησιμοποιούν το SOFIA και το GREAT για να ανιχνεύσουν το NGC 7027 για το αόριστο υδρίδιο ηλίου. Κάθε μόριο αλληλεπιδρά με το φως στη δική του συχνότητα και το GREAT συντονίστηκε με τη συχνότητα του υδριδίου του ηλίου, παρόμοιο με το συντονισμό ενός ραδιοφώνου σε έναν συγκεκριμένο σταθμό. Και τελικά έγιναν τυχεροί.
«Ήταν τόσο συναρπαστικό να είσαι εκεί, βλέποντας το υδρίδιο ηλίου για πρώτη φορά στα δεδομένα. Αυτό φέρνει μια μακρά αναζήτηση σε ένα ευτυχισμένο τέλος και εξαλείφει τις αμφιβολίες για την κατανόησή μας για την υποκείμενη χημεία του πρώιμου σύμπαντος.
Rolf Guesten, Max Planck Institute for Radio Astronomy, επικεφαλής συγγραφέας
«Ήταν πολύ συναρπαστικό να είσαι εκεί, βλέποντας το υδρίδιο ηλίου για πρώτη φορά στα δεδομένα», δήλωσε ο Guesten. "Αυτό φέρνει μια μακρά αναζήτηση σε ένα ευτυχισμένο τέλος και εξαλείφει τις αμφιβολίες για την κατανόησή μας για την υποκείμενη χημεία του πρώιμου σύμπαντος."
Αυτό είναι λοιπόν το χαρούμενο τέλος σε μια από τις πιο μακροχρόνιες ερωτήσεις της αστρονομίας. Το επιτυχές συμπέρασμα στην αναζήτηση υδριδίου ηλίου είναι μια ωραία νίκη για τις θεωρίες μας που περιγράφουν λεπτομερώς την εξέλιξη του Σύμπαντος.
Εάν είστε φίλοι με έναν επιστήμονα, πηγαίνετε να της αγοράσετε μια μπύρα και δείξτε εκτίμηση για τη σκληρή δουλειά τους!
Πηγές
- Ερευνητικό έγγραφο: Αστροφυσική ανίχνευση του ιόντος υδριδίου ηλίου HeH
- Δελτίο τύπου: Ο πρώτος τύπος μορίου του σύμπαντος βρέθηκε επιτέλους
- NASA: Ιστοσελίδα της SOFIA
- Wikipedia: Ιόν υδριδίου ηλίου
