Pro existenci věcí, jako jsou hvězdy, galaxie, planety a formy života, jako my, to vyžaduje bohatou a rozmanitou sadu složitých molekul. Než však mohli existovat lidé a všechny složité molekuly, z nichž jsme vyrobili, musela existovat ta první pravěká molekula, která zahájila dlouhý řetězec chemických událostí, které vedly ke všemu, co kolem vás dnes vidíte.
Ačkoli už bylo dlouho teoretizováno, nedostatek pozorovacích důkazů pro tuto molekulu byl pro vědce problematický. Teď to našli a ti vědci si mohou odpočinout. Jejich prediktivní teorie vyhraje!
Ve velmi raných dnech vesmíru existovaly pouze dva nebo tři typy atomů. Vodíkem, heliem a malými množstvími lithia byly vytvořeny Big Bang Nucleosynthesis. Všechny ostatní prvky byly kované později ve hvězdách. Hvězdy jsou většinou vodík, ale hvězdy se nemohou tvořit z jednoduchých atomů vodíku vytvořených ve Velkém třesku. Tvoří se z tzv. Molekulárního vodíku. A molekulární vodík by se nemohl vytvořit bez takzvané „první molekuly“, kombinace hélia a vodíku zvané hydrid hélia. Teorie říká, že hydrid helia byl vytvořen asi 100 000 let po Velkém třesku.
"Bylo to tak vzrušující být tam, když jsem v datech viděl hydrid helia poprvé."
Rolf Guesten, Max Planck Institute for Radio Astronomy, hlavní autor.
Můžete si představit snímek raného vesmíru někde asi 100 000 let po Velkém třesku. Bylo to velmi horké a bylo osídleno pouze vodíkem, heliem a malým kouskem lithia. Než se atomová populace vesmíru mohla diverzifikovat, musely se tvořit hvězdy. Jakmile se to začalo ochladit, začaly zrát hvězdy, aby se vytvořily hvězdy.
Ale muselo se také stát něco jiného. Chlazení vesmíru nestačilo na to, aby se vytvořily hvězdy. Molekulární vodík musel být vytvořen, protože hvězdy jsou vyrobeny převážně z molekulárního vodíku spíše než z jednoduchého atomového vodíku vytvořeného Velkým třeskem. (Vědci to nenazývají jednoduchým vodíkem, nazývají to jen atom vodíku.)
Většina vodíku ve vesmíru je molekulární vodík.
Ale jediný atom vodíku je v dnešním vesmíru vzácný, protože je to volný radikál a je opravdu reaktivní. Molekulární vodík je molekula, ve které jsou dva atomy vodíku spojeny dohromady. Skládá se ze dvou protonů a dvou elektronů a je velmi stabilní. Ve vesmíru jsou obrovské mraky molekulárního vodíku a hvězdy z těchto mraků.
Problém v časném vesmíru byl, i když se věci ochladily, molekulární vodík se nemohl sám vytvořit. Podle teorie potřeboval jednoduchý vodík k interakci se specifickou molekulou dříve, než se mohla vytvořit, a tou molekulou byl hydrid hélia. Tato interakce byla prvním krokem v chemii vesmíru.
"Nedostatek důkazů o samotné existenci hydridu helia v mezihvězdném prostoru byl pro astronomii po celá desetiletí dilematem."
Rolf Guesten, Max Planck Institute for Radio Astronomy, hlavní autor
I když teorie tvrdila, že hydrid hélium musí existovat, a přestože byl vytvořen v laboratoři v roce 1925, nikdy nebyl viděn ve vesmíru. Je to velmi nakládaná molekula, protože jedním z jejích atomů je helium, vzácný plyn. A vzácné plyny se velmi zdráhají reagovat s jinými atomy.
Ale teď to našli.
V příspěvku zveřejněném 17. dubna v časopise Nature vědci naznačili, jak objevili nepolapitelný hélium hydrid v
planetární mlhovina NGC 7027. Používali SOFIA NASA nebo
Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy. SOFIA je převedený Boeing 747SP, který létá ve vysokých nadmořských výškách, nad atmosférickým rušením, aby pozoroval.
Od 70. let 20. století si vědci mysleli, že NGC 7027 má nezbytné podmínky pro existenci hydridu helia. Pomocí SOFIA a německého přístroje GREAT (německý přijímač na Terahertzových kmitočtech) zkoumali NGC 7027 a hledali nepolapitelnou molekulu.
Vedoucím autorem příspěvku je Rolf Guesten z Institutu Maxe Plancka pro Radio Astronomy v německém Bonnu. "Nedostatek důkazů o samotné existenci hydridu helia v mezihvězdném prostoru byl pro astronomii po celá desetiletí dilematem," řekl Guesten.
Planetární mlhovina, na které vědci spatřili, má správné podmínky pro vznik hydridu helia. Stárnoucí hvězda vyzařovala správné teplo a ultrafialové záření, aby se molekula vytvořila. Ale pohled dovnitř této mlhoviny se ukázal jako velmi obtížný. Zadejte SOFIA a GREAT.
SOFIA je jako hybrid mezi pozemním dalekohledem a kosmickým dalekohledem. Od svého výhodného místa na 45 000 stop je prostý většiny pozemských atmosférických interference, podobně jako kosmický dalekohled. Ale je to flexibilnější. Přistává mezi misemi a jeho vybavení lze měnit nebo přizpůsobovat spíše jako pozemní dalekohled.
V tomto případě byl německý nástroj GREAT integrován do SOFIA v roce 2011. A v tomto výzkumu se ukázalo být klíčovým.
"Dokážeme změnit nástroje a nainstalovat nejmodernější technologie," řekl Naseem Rangwala, zástupce projektového vědce SOFIA. "Tato flexibilita nám umožňuje zlepšovat pozorování a odpovídat na nejnaléhavější otázky, na které vědci chtějí odpovědět."
V roce 2016 začali vědci používat SOFIA a GREAT k testování NGC 7027 pro nepolapitelný héliový hydrid. Každá molekula interaguje se světlem na své vlastní frekvenci a GREAT byl naladěn na frekvenci hydridu helia, podobně jako naladění rádia na konkrétní stanici. A konečně měli štěstí.
"Bylo to tak vzrušující být tam, když jsem v datech viděl hydrid helia poprvé." Toto přináší dlouhé hledání ke šťastnému konci a vylučuje pochybnosti o našem chápání základní chemie raného vesmíru.
Rolf Guesten, Max Planck Institute for Radio Astronomy, hlavní autor
"Bylo to tak vzrušující být tam, když jsem poprvé viděl v datech hydrid helia," řekl Guesten. "To přináší dlouhé hledání ke šťastnému konci a vylučuje pochybnosti o našem chápání základní chemie raného vesmíru."
To je šťastný konec jedné z nejdelších otázek astronomie. Úspěšný závěr k hledání hydridu helia je příjemným vítězstvím pro naše teorie podrobně popisující vývoj vesmíru.
Pokud jste přátelé s vědcem, jděte si koupit pivo a ukažte nějaké uznání za jejich tvrdou práci!
Zdroje
- Výzkumná práce: Astrofyzikální detekce iontu HeH hydridu helia
- Tisková zpráva: První typ molekuly ve vesmíru je konečně nalezen
- NASA: Webové stránky SOFIA
- Wikipedia: Hydrid iontů helia
