Нарешті знайдено перший тип молекули у Всесвіті

Після десятиліть пошуку, в космосі був виявлений самий перший тип молекули, утворений у Всесвіті.

Вчені знайшли її сигнатуру в нашій власній галактиці, використовуючи найбільшу у світі авіаційну обсерваторію – SOFIA (Стратосферна обсерваторія інфрачервоної астрономії), коли літак пролетів високо над земною поверхнею і скерував свої чутливі інструменти у космос, розповідають в НАСА.

Коли Всесвіт ще був дуже молодим, існувало лише кілька видів атомів. Вчені вважають, що близько 100 тисяч років після Великого вибуху гелій і водень вперше об'єдналися, щоб створити молекулу – гідрид гелію. Гідрид гелію повинен бути присутнім в деяких частинах сучасного Всесвіту, але досі не був виявлений у космосі.

SOFIA знайшла сучасний гідрид гелію в планетарній туманності, залишку колишньої зірки, колись схожої на Сонце. Розташована на відстані 3000 світлових років у гапрямку сузір'я Лебедя, ця планетарна туманність, названа NGC 7027, має умови, що дозволяють цій таємничій молекулі утворюватися. Відкриття служить доказом того, що гідрид гелію, по суті, може існувати в космосі. Це підтверджує ключову частину нашого основного розуміння хімії раннього Всесвіту і те, як вона розвивалася протягом мільярдів років у складну хімію сьогодення.

"Ця молекула ховалася там, але нам потрібні були правильні інструменти, щоб робити спостереження в правильному напрямку - і SOFIA була в змозі зробити це на відмінно", - сказав Гарольд Йорк, директор наукового центру SOFIA в каліфорнійській Силіконовій долині.

Сьогодні Всесвіт заповнений великими складними структурами, такими як планети, зірки і галактики. Але більш ніж 13 мільярдів років тому, після Великого вибуху, ранній Всесвіт був жарким, і все, що тоді існувало, було кількома типами атомів, переважно гелієм і воднем. Коли  атоми об'єдналися, створивши перші молекули, Всесвіт, нарешті, зміг охолодитися і почав набувати форму. Вчені дійшли до висновку, що гідрид гелію був першою, первинною молекулою.

Як тільки почалося охолодження, атоми водню змогли взаємодіяти з гідридом гелію, що призвело до створення молекулярного водню – молекули, яка у першу чергу відповідальна за утворення перших зірок. Зірки продовжили «кувати» всі інші елементи, з яких складається наш сьогоденний багатий, хімічний космос. Проблема, однак, полягала в тому, що вчені не могли знайти гідрид гелію в космосі. Цей перший крок у зародженні хімії досі не був доведений.

«Відсутність доказів самого існування гідриду гелію в міжзоряному просторі була дилемою для астрономії протягом десятиліть», - сказав Рольф Гостен з Інституту радіоастрономії ім. Макса Планка (Бонн, Німеччина) і провідний автор статті у журналі Nature, яка описує дане відкриття.

Гідрид гелію – вибаглива молекула. Сам по собі гелій є інертним газом, з-за чого він навряд чи зможе з’єднатися з іншим газом. Але, у 1925 році вченим вдалося в лабораторії створити молекулу, вмовивши гелій поділитися одним з його електронів з іоном водню.

Потім, наприкінці 1970-х років, вивчаючи планетарну туманність під назвою NGC 7027, вчені подумали, що це середовище якраз підходить для утворення гідриду гелію. Ультрафіолетове випромінювання і тепло від зірки, що старішає, створюють умови, придатні для утворення гідриду гелію. Але їх спостереження були безрезультатними. Наступні зусилля натякнули, що він може там знаходитися, але таємнича молекула продовжувала уникати виявлення. Використовувані космічні телескопи не володіли специфічною технологією для виділення сигналу гідриду гелію від мішанини інших молекул в туманності.

У 2016 році вчені звернулися за допомогою до SOFIA. Ця обсерваторія піднімається до висоти 13,7 кілометрів, перебуваючи над атмосферними шарами Землі, що заважають спостереженням.

У SOFIA є перевага над космічними телескопам - вона повертається після кожного вильоту. "Ми можемо міняти інструменти та встановлювати новітні технології", - відмітив науковий співробітник проекту SOFIA Насім Рангвала. "Ця гнучкість дозволяє нам покращити спостереження і реагувати на найбільш актуальні питання, відповіді на які хочуть отримати вчені".

Нещодавнє оновлення для одного з інструментів SOFIA під назвою «Німецький приймач на террагерцових частотах», або GREAT, додав специфічний канал для гідриду гелію, якого попередні телескопи не мали. Прилад працює як радіоприймач. Вчені налаштовуються на частоту молекули, яку вони шукають, подібно до налаштування FM-радіо на потрібну станцію. Коли SOFIA зійшла на нічне небо, на борту з приладу читали дані в режимі реального часу. Сигнал гідриду гелію, нарешті, прозвучав голосно і чітко.

SOFIA (Стратосферна обсерваторія інфрачервоної астрономії) являє собою реактивний літак Boeing 747SP, модифікований для транспортування телескопа діаметром 106 дюймів. Це спільний проект NASA і німецького аерокосмічного центру DLR.

Як повідомлялося, за допомогою цієї обсерваторії було встановлено, що зоряний вітер від новонародженої зірки в туманності Оріона перешкоджає утворенню нових зірок поблизу.

Читайте ще цікаві новини про космос.