Nepieciešams bagātīgs un daudzveidīgs sarežģītu molekulu komplekts tādu lietu kā zvaigznes, galaktikas, planētas un dzīvības formas pastāvēšanai. Bet pirms cilvēki un visas sarežģītās molekulas, no kurām mēs veidojāmies, varētu pastāvēt, bija jābūt pirmajai pirmatnējai molekulai, kas sāka garu ķīmisko notikumu ķēdi, kas noveda pie visa, ko šodien redzat sev apkārt.
Lai arī tā pastāvēšana ir bijusi jau sen, zinātniekiem bija problemātiski, ka šai molekulai nebija novērošanas pierādījumu. Tagad viņi to ir atraduši, un šie zinātnieki var ērti atpūsties. Viņu prognozēšanas teorija uzvar!
Visās pirmajās dienās bija tikai divu vai trīs atomu veidi. Ūdeņradis, hēlijs un niecīgs litija daudzums tika izveidots lielā sprādziena nukleosintēzes rezultātā. Visi pārējie elementi tika kalti vēlāk, zvaigznēs. Zvaigznes lielākoties ir ūdeņradis, bet zvaigznes nevarēja veidoties no vienkāršajiem ūdeņraža atomiem, kas izveidoti Lielajā sprādzienā. Tie veidojas no tā saucamā molekulārā ūdeņraža. Un molekulārais ūdeņradis nevarētu veidoties bez tā saucamās “pirmās molekulas”, hēlija un ūdeņraža kombinācijas, ko sauc par hēlija hidrīdu. Teorija saka, ka hēlija hidrīds tika izveidots apmēram 100 000 gadus pēc Lielā sprādziena.
"Bija tik aizraujoši tur atrasties, pirmo reizi redzot datos hēlija hidrīdu."
Rolfs Gestens, Maksa Planka Radioastronomijas institūts, galvenais autors.
Jūs varat nofotografēt momentuzņēmumu no agrīnā Visuma, kaut kur apmēram 100 000 gadu pēc Lielā sprādziena. Tas bija ļoti karsts, un to apdzīvoja tikai ūdeņradis, hēlijs un tas niecīgais litija daudzums. Pirms Visuma atomu populācija varēja dažādoties, bija jāveido zvaigznes. Tiklīdz tas sāka atdzist, apstākļi sāka gatavoties, lai veidotos zvaigznes.
Bet arī kaut kam citam bija jānotiek. Visuma atdzišana nebija pietiekama, lai veidotos zvaigznes. Bija jāizveido molekulārais ūdeņradis, jo zvaigznes lielākoties tiek veidotas no molekulārā ūdeņraža, nevis no lielā sprādziena radītā vienkāršā atomu ūdeņraža. (Zinātnieki to nesauc par vienkāršu ūdeņradi, viņi to sauc tikai par ūdeņraža atomu.)
Lielākā daļa ūdeņraža Visumā ir molekulārais ūdeņradis.
Bet viens ūdeņraža atoms mūsdienu Universā ir reti sastopams, jo tas ir brīvais radikālis un tiešām reaģē. Molekulārais ūdeņradis ir molekula, kurā divi ūdeņraža atomi ir saistīti. Tas sastāv no diviem protoniem un diviem elektroniem un ir ļoti stabils. Kosmosā ir milzīgi molekulārā ūdeņraža mākoņi un no tiem mākoņi.
Agrīnā Visuma problēma bija, kaut arī lietas atdzisa, molekulārais ūdeņradis pats par sevi nevarēja veidoties. Saskaņā ar teoriju, vienkāršs ūdeņradis bija nepieciešams, lai mijiedarbotos ar noteiktu molekulu, pirms tā varētu veidoties, un šī molekula bija hēlija hidrīds. Šī mijiedarbība bija pirmais Visuma ķīmijas solis.
"Pierādījumu trūkums par hēlija hidrīda esamību starpzvaigžņu telpā gadu desmitiem bija astronomijas dilemma."
Rolfs Gestens, Maksa Planka Radioastronomijas institūts, galvenais autors
Kaut arī teorija teica, ka hēlija hidrīdam ir jābūt, un, kaut arī tas tika izveidots laboratorijā 1925. gadā, tas nekad nebija redzēts kosmosā. Tā ir ļoti marinēta molekula, jo viens no tās atomiem ir hēlijs, cēlgāze. Cēlgāzes ļoti nelabprāt reaģē ar citiem atomiem.
Bet tagad viņi to ir atraduši.
Pētījumā, kas publicēts 17. aprīlī žurnālā Nature, pētnieki ieskicēja, kā viņi atklāja nenotveramo hēlija hidrīdu
planētu miglājs ar nosaukumu NGC 7027. Viņi izmantoja NASA SOFIA vai
Stratosfēras infrasarkanās astronomijas observatorija, lai to meklētu. SOFIA ir pārveidots Boeing 747SP, kas lido lielos augstumos virs atmosfēras traucējumiem, lai veiktu novērojumus.
Kopš 70. gadiem zinātnieki domāja, ka NGC 7027 bija hēlija hidrīda pastāvēšanai nepieciešamie apstākļi. Izmantojot SOFIA un vācu GREAT instrumentu (vācu uztvērējs Terahertz frekvencēs), viņi zondēja NGC 7027, meklējot nenotveramo molekulu.
Darba galvenais autors ir Rolfs Gestens no Maksas Plankas Radioastronomijas institūta Bonā, Vācijā. "Pierādījumu trūkums par hēlija hidrīda esamību starpzvaigžņu telpā gadu desmitiem bija astronomijas dilemma," sacīja Guestens.
Planētu miglājam, kur pētnieki to pamanīja, ir piemēroti apstākļi hēlija hidrīda veidošanai. Novecojošā zvaigzne izliek molekulu pareizajam karstumam un ultravioletajam starojumam. Bet ieskatīties šī miglāja iekšpusē izrādījās ļoti grūti. Ievadiet SOFIA un LIELO.
SOFIA ir sava veida hibrīds starp zemes teleskopu un kosmisko teleskopu. Sākot no 45 000 pēdu augstuma, tas nav pakļauts lielākajai daļai Zemes atmosfēras traucējumu, līdzīgi kā kosmiskais teleskops. Bet tas ir elastīgāks. Tas nolaižas starp misijām, un tā instrumentus var mainīt vai pielāgot vairāk, piemēram, uz zemes esoša teleskopa kannas.
Šajā gadījumā vācu GREAT instruments tika integrēts SOFIA 2011. gadā. Un tas ir pierādīts kā galvenais šajā pētījumā.
“Mēs varam mainīt instrumentus un uzstādīt jaunākās tehnoloģijas,” sacīja Naseems Rangvala, SOFIA projekta zinātnieka vietnieks. "Šī elastība ļauj mums uzlabot novērojumus un atbildēt uz aktuālākajiem jautājumiem, uz kuriem zinātnieki vēlas atbildi."
2016. gadā zinātnieki sāka izmantot SOFIA un GREAT, lai zonētu NGC 7027 nenotveramajam hēlija hidrīdam. Katra molekula mijiedarbojas ar gaismu pēc savas frekvences, un GREAT tika noregulēta līdz hēlija hidrīda frekvencei, līdzīgi kā radio noskaņošana uz noteiktu staciju. Un viņiem beidzot paveicās.
“Bija tik aizraujoši tur atrasties, pirmo reizi redzot datos hēlija hidrīdu. Tas ļauj ilgi meklēt laimīgas beigas un novērš šaubas par mūsu izpratni par agrīnā Visuma ķīmiju.
Rolfs Gestens, Maksa Planka Radioastronomijas institūts, galvenais autors
"Bija tik aizraujoši tur atrasties, pirmo reizi datos redzot hēlija hidrīdu," sacīja Guestens. "Tas ļauj ilgi meklēt laimīgas beigas un novērš šaubas par mūsu izpratni par agrīnā Visuma ķīmiju."
Tātad tas ir viens no astronomijas visilgāk uzdotajiem jautājumiem. Hēlija hidrīda meklēšanas veiksmīgais noslēgums ir jauka uzvara mūsu teorijām, kurās detalizēti aprakstīta Visuma evolūcija.
Ja esat draugi ar zinātnieku, dodieties nopirkt viņai alu un parādiet atzinību par viņu smago darbu!
Avoti
- Pētījuma darbs: Hēlija hidrīda jonu HeH astrofizikālais noteikšana
- Paziņojums presei: Visbeidzot ir atrasts Visuma pirmais molekulas tips
- NASA: SOFIA vietne
- Wikipedia: Hēlija hidrīda jons
