Λίγες εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η ζεστή νεαρή σούπα του σύμπαντος μας έψαχνε αρκετά για να μπορέσουμε να συνδυάσουμε τα άτομα με τα μικρότερα δομικά στοιχεία της ζωής για πρώτη φορά. Μια ηλίθια ημέρα 6.700 βαθμών Φαρενάιτ (3.700 βαθμούς Κελσίου), ένα άτομο ηλίου γκρεμίστηκε σε ένα μόνο πρωτόνιο - στην πραγματικότητα ένα θετικά φορτισμένο ιόν υδρογόνου - και το πρώτο μόριο του σύμπαντος σχηματίστηκε: υδρίδιο του ηλίου ή HeH +.
Οι επιστήμονες έχουν μελετήσει εργαστηριακές εκδόσεις αυτού του αρχέγονου μορίου για σχεδόν έναν αιώνα, αλλά ποτέ δεν έχουν βρει ίχνη από αυτό στο σύγχρονο σύμπαν μας - μέχρι τώρα. Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε σήμερα (17 Απριλίου) στο περιοδικό Nature, οι αστρονόμοι αναφέρουν τη χρήση αερομεταφερόμενου τηλεσκοπίου για να ανιχνεύσουν HeH + που καίγονται στο νέφος αερίου γύρω από ένα αστέρι που πέθανε περίπου 3.000 έτη φωτός μακριά.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτή η ανακάλυψη, η οποία έχει γίνει περισσότερα από 13 δισεκατομμύρια χρόνια, καταδεικνύει με ακρίβεια ότι η HeH + σχηματίζεται φυσικά υπό συνθήκες παρόμοιες με αυτές που βρέθηκαν στο πρώιμο σύμπαν.
"Αν και η HeH + έχει περιορισμένη σημασία στη Γη σήμερα, η χημεία του σύμπαντος ξεκίνησε με αυτό το ιόν", γράφει η ομάδα στη νέα μελέτη. "Η αναμφισβήτητη ανίχνευση που αναφέρθηκε εδώ φέρνει μια δεκαετή μακρά αναζήτηση σε ένα ευτυχές τέλος τελικά."
Το πρώτο μόριο στο σύμπαν
Το HeH + είναι το ισχυρότερο γνωστό οξύ στη Γη και συντέθηκε για πρώτη φορά σε εργαστήριο το 1925. Επειδή είναι κατασκευασμένο από υδρογόνο και ήλιο - τα δύο πιο άφθονα στοιχεία του σύμπαντος και τα πρώτα που βγαίνουν από τον πυρηνικό αντιδραστήρα της Μεγάλης Έκρηξης 13,8 δισ. πριν από χρόνια - οι επιστήμονες έχουν προβλέψει εδώ και καιρό ότι το μόριο ήταν το πρώτο που σχηματίστηκε όταν το ψυχρό σύμπαν επέτρεψε να υπάρχουν πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια δίπλα-δίπλα στα άτομα.
Οι επιστήμονες δεν μπορούν να γυρίσουν ξανά το σύμπαν για να κυνηγήσουν αυτό το νεοσύστατο μόριο όπου γεννήθηκε, αλλά μπορούν να το αναζητήσουν σε μέρη του σύγχρονου σύμπαντος που αναπαράγουν καλύτερα αυτές τις υπέρμετρες, υπερβολικές συνθήκες - στα νεαρά νεφελώματα αερίου και πλάσματος που εκρήγνυνται των πεθαμένων αστέγων.
Αυτά τα αποκαλούμενα πλανητικά νεφελώματα σχηματίζονται όταν τα ηλιόλουστα αστέρια φθάνουν στο τέλος της ζωής τους, εκτοξεύουν τα εξωτερικά τους κελύφη και συρρέουν σε λευκούς νάνους για να κρυώσουν αργά σε κρυστάλλινες μπάλες. Καθώς τα αστέρια αυτά πεθαίνουν, εκπέμπουν ακόμα αρκετή θερμότητα για να απογυμνώσουν τα γύρω άτομα υδρογόνου των ηλεκτρονίων τους, μετατρέποντας τα άτομα σε γυμνά πρωτόνια που απαιτούνται για τον σχηματισμό του HeH +.
Η ανίχνευση του HeH + ακόμη και στα πλησιέστερα πλανητικά νεφελώματα στη Γη είναι πολύ δύσκολη, επειδή ανάβει σε ένα μήκος κύματος υπέρυθρης ακτινοβολίας που καλύπτεται εύκολα από την ατμόσφαιρα του πλανήτη μας. Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές πήραν γύρω από αυτή την ατμόσφαιρα θόλωση χρησιμοποιώντας ένα τηλεσκόπιο υψηλής τεχνολογίας τοποθετημένο σε ένα κινούμενο αεροσκάφος που ονομάζεται SOFIA (το Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy).
Κατά τη διάρκεια των τριών πτήσεων το 2016, η ομάδα εκπαίδευσε το τηλεσκόπιο της SOFIA σε ένα πλανητικό νεφέλωμα που ονομάζεται NGC 7027, περίπου 3.000 έτη φωτός από τη Γη. Το κεντρικό αστέρι του νεφελώματος είναι ένα από τα πιο καυτά γνωστά στον ουρανό, γράφτηκαν οι ερευνητές και εκτιμάται ότι έχει ρίξει τον εξωτερικό φάκελο μόνο πριν από περίπου 600 χρόνια. Επειδή το γύρω νεφέλωμα είναι τόσο ζεστό, μικρό και συμπαγές, είναι ένα ιδανικό μέρος για να κυνηγάμε HeH + μήκη κύματος. Σύμφωνα με τους ερευνητές, εκεί ακριβώς βρήκε η ΣΟΦΙΑ.
"Η ανακάλυψη του HeH + είναι μια δραματική και όμορφη επίδειξη της τάσης της φύσης να σχηματίζει μόρια", δήλωσε ο συν-συγγραφέας David Neufeld, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins της Βαλτιμόρης. "Παρά τα απρόσμενα συστατικά που είναι διαθέσιμα, ένα μείγμα υδρογόνου με το μη αντιδραστικό ήλιο ευγενούς αερίου και ένα σκληρό περιβάλλον στους χιλιάδες βαθμούς Κελσίου, σχηματίζεται ένα εύθραυστο μόριο."
