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.

123

Разные разности

07.08.2020 16:00:00

Планета Проксима b не случайно привлекает пристальное внимание астрономов. Ведь сразу после ее открытия выяснилось, что это почти Земля: массу оценили в 1,3 земных, причем расположена планета в обитаемой зоне, где возможна жидкая вода. Теперь же к расследованию присоединился точнейший спектрограф ESPRESSO.

>>
07.07.2020 18:00:00

…проект ИТЭР по созданию крупнейшего в мире термоядерного реактора прошел важную веху — на место установлено основание криостата, самая большая и тяжелая часть токамака...

…созданы структуры для фотосинтеза, более эффективного, чем природный, — капли размером с клетку, содержащие мембраны хлоропластов шпината и компоненты ферментативного цикла для синтеза органических молекул из углекислого газа…

…каждая третья женщина европейского происхождения имеет «неандертальский» вариант рецептора гормона прогестерона, связанный с повышенной рождаемостью, более редким кровотечением на ранних сроках беременности и меньшим количеством выкидышей…


>>
20.05.2020 18:30:00

Вакцины – какие, сколько и на какой стадии?

Даже когда острая фаза пандемии COVID-19 закончится и меры карантина больше не будут нужны, сам вирус никуда не денется, а продолжит жить среди нас. Самый эффективный способ от него защититься – сделать вакцину.

>>
18.05.2020 19:00:00

Коронавирусы: в семье не без урода

Найдены молекулярные отличия более патогенных коронавирусов от менее патогенных. Пока не вполне ясно, как эти отличия работают. Но возможно ученые смогут понять, почему настолько похожие инфекционные агенты приводят к таким разным последствиям для человека.

>>
13.05.2020 17:00:00

…из-за снижения транспортных потоков во время пандемии коронавируса уменьшились сейсмические шумы в коре Земли; специалисты считают, что это облегчит мониторинг слабых землетрясений, вулканической активности и других сейсмических событий...

…6 марта с мыса Канаверал стартовала миссия Space X CRS-20, которая доставит на МКС 250 пробирок со стволовыми клетками человека; на протяжении месяца они будут развиваться в кости, хрящи и другие ткани в условиях невесомости...

…по мере того как на рынок выходят художественные произведения, разработанные с помощью генеративных алгоритмов и когнитивной робототехники, встает вопрос об авторском праве на них…

>>