Найдена первая молекула Вселенной

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2019, №6)

pic_2019_06_20-2.jpg

После долгих поисков исследователям удалось поймать HeH+ в этой планетарной туманности

Фото: Hubble/NASA/ESA

На заре жизни нашей Вселенной набор химических реакций, протекавших в ней, был довольно ограничен. Согласно самой убедительной на сегодня теории Большого взрыва, когда температура молодой расширяющейся Вселенной упала ниже 3700°C, ядра легких элементов, образовавшиеся в процессе первичного нуклеосинтеза, связались с электронами. Сначала электронной оболочкой обзавелось ядро гелия, а затем водорода — образовались атомы гелия и водорода.

Атомы гелия, сталкиваясь с ядрами водорода — протонами, еще лишенными электронов, образовали первую химическую связь во Вселенной. В соответствии с гипотезами, описывающими процессы, протекавшие в самом начале, первой частицей с ковалентной связью стал гидрид гелия (ион HeH+). К этому иону мог присоединиться еще один электрон, в результате чего частица распадалась бы на атом гелия и атом водорода, а атомы водорода рекомбинировали бы с образованием первого устойчивого соединения — молекулярного водорода H2.

Ученые предполагают, что гидрид гелия сыграл важную роль в эволюции Вселенной. Однако обнаружить этот ион в космическом пространстве никак не удавалось. В лабораторных условиях HeH+ получили еще в 1925 году, но лишь в 1970-е годы астрофизики предположили, что ион и сегодня существует в космосе. И вот астрономы его обнаружили («Nature» 2019, 568, 357–359, doi: 10.1038/s41586-019-1090-x). Раз его существование доказано, то теперь можно проверить модели возникновения и эволюции ранней Вселенной.

Спектральные линии гидрида гелия идентифицировал Рольф Гюштен из Института радиоастрономии имени Макса Планка, разместив телескоп со спектрометром на самолете. Он обнаружил его в планетарной туманности NGC 7027 — ученые считали, что это одно из мест, где ион находится с наибольшей вероятностью. Планетарные туманности образуются после коллапса звезд, подобных нашему Солнцу. После разрушения звезды высвобождается газовая оболочка, в центре которой остается ее остывающее ядро — белый карлик. Группа Гюштена нашла HeH+ внутри газовой оболочки.

Обнаружить HeH+ было действительно не так просто. Ученые рассчитали, что его характерный спектральный сигнал должен иметь длину волны 149,1 мкм, но совсем рядом с ним находится сигнал связи С–Н (149.09 мкм), часто маскирующий сигнал HeH+. Также поискам могут мешать сигналы воды и других веществ, содержащихся в земной атмосфере. Исследователи решили исключить хотя бы часть факторов. В 2016 году они поместили сверхчувствительный телескоп-спектрометр на самолет, который поднял прибор на высоту 12 000 метров. Так удалось избежать помех, вызванных плотными слоями атмосферы, и наконец поймать спектральные сигналы HeH+, частично перекрывшиеся с сигналами C–H.

Вместо того чтобы с облегчением вздохнуть, исследователи теперь решают следующую загадку. Дело в том, что, по оценкам Гюштена, иона HeH+ в туманности NGC 7027 оказалось примерно в три раза больше, чем было просчитано теоретически. Неточно смоделировали? Ошиблись при интерпретации зарегистрированных спектров? Возможно, это станет ниточкой, потянув за которую можно будет уточнить и основную теорию.



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 6/2019) на с. 20 — 21.

Разные разности
04.02.2023
Электрические пчелы
Ученые из Бристольского университета задались вопросом — могут ли крошечные заряды электричеств...
28.01.2023
Милосердный пожар
Команда исследователей из Университета Миссури изучила, как почва после лесного пожара, насыщенная д...
10.01.2023
Лед озадачивает
Почему горячая вода замерзает быстрее холодной? Как выяснили химики, секрет кроетс...
09.01.2023
Пишут, что...
…волнистая рябь на поверхности сосулек связана с наличием примесей в воде, из которой сосулька о...