Какая молекула была первой во Вселенной и какую роль она сыграла во всем, что было дальше

Основні тези

Ученые воссоздали первую химическую реакцию во Вселенной, показав, что молекула HeH⁺ сыграла важную роль в формировании звезд.
Эксперимент обнаружил, что скорость реакции HeH⁺ с дейтерием не замедляется при низких температурах, что противоречит предыдущим теориям.

Ученые из Института ядерной физики имени Макса Планка смогли воссоздать первую химическую реакцию, произошедшую во Вселенной после Большого взрыва. Эксперимент показал, что первая молекула сыграла значительно большую роль в формировании звезд, чем считалось ранее, что может изменить наше понимание эволюции космоса.

Как первая молекула помогла родиться звездам?

Примерно через 380 тысяч лет после Большого взрыва Вселенная охладилась достаточно для того, чтобы появились первые нейтральные атомы – преимущественно водород и гелий. Это открыло путь для первых химических реакций. Первой образовавшейся молекулой,, стал ион гидрида гелия (HeH⁺), который возник в результате соединения атома гелия и протона водорода. Это событие дало старт цепочке реакций, приведших к появлению молекулярного водорода (H₂), самой распространенной молекулы во Вселенной, пишет 24 Канал со ссылкой на Astronomy & Astrophysics.

В течение следующих нескольких сотен миллионов лет, в так называемые "темные века", в космосе еще не было звезд. Чтобы первые звезды могли зажечься, газовые облака, из которых они формировались, должны были остыть и сжаться, чтобы потом снова начать разогреваться. Молекулы, такие как HeH⁺, были необходимы для этого процесса, поскольку они эффективно излучали тепловую энергию.

Исследователи впервые успешно воссоздали эту реакцию в условиях, похожих на те, что существовали в ранней Вселенной. Они исследовали реакцию HeH⁺ с дейтерием, изотопом водорода, содержащим дополнительный нейтрон в атомном ядре наряду с протоном. Когда HeH⁺ реагирует с дейтерием, вместо H₂⁺ образуется ион HD⁺, а также нейтральный атом гелия.

Эксперимент проводился на криогенном накопительном кольце (CSR) в MPIK в Гейдельберге – уникальном в мире приборе для исследования молекулярных и атомных реакций в условиях, похожих на космические. Для этого ионы HeH⁺ хранились в ионном накопительном кольце диаметром 35 метров в течение 60 секунд при температуре всего несколько кельвинов (-267 градусов Цельсия) и накладывались на пучок нейтральных атомов дейтерия. Регулируя относительную скорость двух пучков частиц, ученые смогли исследовать, как частота столкновений меняется в зависимости от энергии столкновения, которая напрямую связана с температурой.

Они обнаружили, что, вопреки предыдущим прогнозам, скорость этой реакции не замедляется с понижением температуры, а остается почти постоянной.

Предыдущие теории предсказывали значительное снижение вероятности реакции при низких температурах, но мы не смогли подтвердить это ни в эксперименте, ни в новых теоретических расчетах наших коллег,
– объясняет доктор Хольгер Крекель.

Ученые говорят, что реакции HeH⁺ с нейтральным водородом и дейтерием, как представляется, имели гораздо большее влияние на химические процессы в ранней Вселенной, чем считалось ранее.

Это наблюдение согласуется с выводами группы теоретических физиков под руководством Иоганна Скрибано, которые обнаружили ошибку в более ранних расчетах.

Поскольку концентрации молекул, таких как HeH⁺ и молекулярный водород (H₂ или HD), играли важную роль в формировании первых звезд, этот результат приближает нас к разгадке тайны их первого образования.