Este nevoie de un set bogat și divers de molecule complexe pentru lucruri precum stele, galaxii, planete și forme de viață ca noi să existăm. Dar înainte ca oamenii și toate moleculele complexe din care ne-am confecționa să existe, trebuia să existe acea primă moleculă primordială care a pornit un lanț lung de evenimente chimice care a dus la tot ceea ce vezi în jurul tău astăzi.
Deși a existat de mult timp teoretizat, lipsa unor dovezi observaționale pentru acea moleculă a fost problematică pentru oamenii de știință. Acum au găsit-o și oamenii de știință se pot odihni ușor. Teoria lor predictivă câștigă!
În primele zile ale Universului, existau doar două sau trei tipuri de atomi. Nucleosinteza Big Bang a fost creată hidrogen, heliu și cantități minime de litiu. Toate celelalte elemente au fost forjate mai târziu, în stele. Stelele sunt în mare parte hidrogen, dar stelele nu s-ar putea forma din atomii de hidrogen simpli creați în Big Bang. Se formează din ceea ce se numește hidrogen molecular. Iar hidrogenul molecular nu s-ar putea forma fără așa-numita „primă moleculă”, o combinație de heliu și hidrogen numită hidrură de heliu. Teoria spune că hidrura de heliu a fost creată la aproximativ 100.000 de ani după Big Bang.
"A fost atât de interesant să fi fost acolo, să văd hidrură de heliu pentru prima dată în date."
Rolf Guesten, Institutul Max Planck pentru Radio Astronomie, autor principal.
Puteți imagina un instantaneu al Universului timpuriu, undeva la aproximativ 100.000 de ani de la Big Bang. Era foarte cald și era populat doar de hidrogen, heliu și acel pic de litiu. Înainte ca populația atomică a Universului să se poată diversifica, a trebuit să se formeze stele. Odată ce a început să se răcească, condițiile au început să devină coapte pentru formarea stelelor.
Dar altceva trebuia să se întâmple și el. Răcirea Universului nu a fost suficientă pentru a se forma stele. Hidrogenul molecular trebuia creat, întrucât stelele sunt făcute în mare parte din hidrogen molecular decât din hidrogenul atomic simplu creat de Big Bang. (Oamenii de știință nu o numesc simplu hidrogen, ci o numesc doar un atom de hidrogen.)
Cea mai mare parte a hidrogenului din Univers este hidrogen molecular.
Dar un singur atom de hidrogen este rar în Universul de astăzi, deoarece este un radical liber și este cu adevărat reactiv. Hidrogenul molecular este o moleculă în care se leagă împreună doi atomi de hidrogen. Este format din doi protoni și doi electroni și este foarte stabil. Există nori masivi de hidrogen molecular în spațiu și stele din acei nori.
Problema din Universul timpuriu a fost că, chiar dacă lucrurile se răceau, hidrogenul molecular nu se poate forma singur. Conform teoriei, hidrogenul simplu trebuia să interacționeze cu o moleculă specifică înainte de a se putea forma, iar acea moleculă era hidrură de heliu. Această interacțiune a fost primul pas în chimia Universului.
„Lipsa dovezilor despre existența chiar a hidrurii de heliu în spațiul interstelar a fost o dilemă pentru astronomie de zeci de ani.”
Rolf Guesten, Institutul Max Planck pentru Radio Astronomie, autor principal
Chiar dacă teoria spunea că trebuie să existe hidrură de heliu și, chiar dacă fusese creată într-un laborator în 1925, nu a fost niciodată văzută în spațiu. Este o moleculă foarte zarvă, pentru că unul dintre atomii săi constituenți este heliul, un gaz nobil. Iar gazele nobile sunt foarte reticente să reacționeze cu alți atomi.
Dar acum au găsit-o.
Într-o lucrare publicată pe 17 aprilie în revista Nature, cercetătorii au prezentat cum au descoperit hidrosa de heliu evazivă din
nebuloasă planetară numită NGC 7027. Au folosit SOFIA NASA sau
Observatorul stratosferic pentru astronomia infraroșie, să-l caute. SOFIA este un Boeing 747SP convertit care zboară la altitudini mari, deasupra interferenței atmosferice, pentru a face observații.
Începând cu anii 1970, oamenii de știință au considerat că NGC 7027 avea condițiile necesare pentru a exista hidrură de heliu. Folosind SOFIA și instrumentul German GREAT (German Receiver la Terahertz Frequencies) au sondat NGC 7027, în căutarea moleculei evazive.
Autorul principal al lucrării este Rolf Guesten al Institutului Max Planck pentru Radio Astronomie din Bonn, Germania. „Lipsa dovezilor despre existența chiar a hidrurii de heliu în spațiul interstelar a fost o dilemă pentru astronomie de zeci de ani”, a spus Guesten.
Nebuloasa planetară în care cercetătorii au descoperit-o are condițiile potrivite pentru formarea hidrurii de heliu. Steaua îmbătrânită a scos caldura și radiațiile ultraviolete potrivite pentru formarea moleculei. Dar privirea în interiorul acestei nebuloase s-a dovedit a fi foarte dificilă. Introduceți SOFIA și MARE.
SOFIA este ca un hibrid între un telescop la sol și un telescop spațial. Din punctul său de vedere situat la 45.000 de metri, este liber de majoritatea interferențelor atmosferice ale Pământului, la fel ca un telescop spațial. Dar este mai flexibil. Aterizează între misiuni, iar instrumentarea sa poate fi modificată sau adaptată mai mult ca un telescop la sol.
În acest caz, instrumentul GREAT din Germania a fost integrat în SOFIA în 2011. Și s-a dovedit a fi pivot în această cercetare.
„Suntem capabili să schimbăm instrumentele și să instalăm cea mai recentă tehnologie”, a spus Naseem Rangwala, om de știință al proiectului adjunct SOFIA. „Această flexibilitate ne permite să îmbunătățim observațiile și să răspundem la cele mai urgente întrebări la care oamenii de știință doresc să răspundă.”
În 2016, oamenii de știință au început să folosească SOFIA și GREAT pentru a sonda NGC 7027 pentru evaziva hidrură de heliu. Fiecare moleculă interacționează cu lumina pe propria frecvență și GREAT a fost reglat pe frecvența hidrurii de heliu, similar cu reglarea unui radio la o anumită stație. Și în sfârșit au avut noroc.
„A fost atât de interesant să fi fost acolo, văzând hidrură de heliu pentru prima dată în date. Aceasta aduce o căutare îndelungată la un final fericit și elimină îndoielile cu privire la înțelegerea noastră asupra chimiei care stă la baza universului timpuriu.
Rolf Guesten, Institutul Max Planck pentru Radio Astronomie, autor principal
„A fost atât de interesant să fi fost acolo, să văd hidrură de heliu pentru prima dată în date”, a spus Guesten. „Acest lucru aduce o căutare îndelungată la un final fericit și elimină îndoielile cu privire la înțelegerea noastră despre chimia care stă la baza universului timpuriu.”
Așadar, acesta este sfârșitul fericit al uneia dintre cele mai lungi întrebări astronomice. Concluzia cu succes a căutării hidrurii de heliu este o victorie frumoasă pentru teoriile noastre care detaliază evoluția Universului.
Dacă ești prieten cu un om de știință, mergi să-i cumperi o bere și să arate o apreciere pentru munca lor grea!
Surse
- Lucrare de cercetare: Detectarea astrofizică a ionului de hidrura heliului HeH
- Comunicat de presă: Primul tip de molecule al Universului este găsit în cele din urmă
- NASA: site-ul SOFIA
- Wikipedia: Ion de hidrură de heliu
