Atkūrė pirmąją Visatos molekulę: rezultatai keičia mūsų supratimą apie ankstyvąjį kosmosą

Šis procesas vadinamas rekombinacija – ir jis atvėrė kelią pirmoms cheminėms reakcijoms kosmose. Tiesa, cheminių elementų tuo metu buvo tik trys – vandenilis, helis ir šiek tiek ličio – tad ir reakcijų įvairovė tikrai nedidelė.

Seniausia Visatos molekulė yra helio hidrido jonas (HeH⁺), susidedantis iš neutralaus helio atomo ir jonizuoto vandenilio branduolio.

Ši molekulė turėjo itin svarbų vaidmenį formuojantis pirmoms žvaigždėms. Didelė jos asimetrija sukūrė stiprų vadinamą dipolio momentą, kuris leido jai veikti kaip aušintuvui: sugėrus susidūrimo su kita dalele energiją išspinduliuoti ir taip padėti dujų debesims atvėsti iki labai žemų temperatūrų.

Tik tokie šalti debesys galėjo susitraukti iki tankio, reikalingo termobranduolinių reakcijų pradžiai. Tad HeH⁺ koncentracija pirmykštėje Visatoje yra labai svarbus parametras, reguliuojantis pirmųjų žvaigždžių formavimosi spartą. Koncentracija priklauso nuo formavimosi ir naikinimo procesų balanso.

Iki šiol buvo manoma, kad HeH⁺ suardanti reakcija su vandenilio atomais žemose temperatūrose vyksta lėtai, nes dalelėms suartėti trukdo energetinis barjeras.

Dabar mokslininkai pirmą kartą eksperimentiškai išbandė šią reakciją ankstyvos Visatos sąlygomis.

Tyrėjai panaudojo Kriogeninį saugojimo žiedą – unikalų prietaisą, kuriame HeH⁺ jonai buvo išlaikomi iki 60 sekundžių vos kelių kelvinų (-267°C) temperatūroje ir bombarduojami deuterio atomų pluoštu. Deuteris yra vandenilio izotopas su papildomu neutronu branduolyje, o reakcija su juo formuoja HD⁺ joną ir neutralų helio atomą.

Keičiant dalelių pluoštų santykinius greičius, mokslininkai galėjo tirti, kaip susidūrimo sparta priklauso nuo temperatūros.

Netikėtai paaiškėjo, kad reakcijos sparta, mažėjant temperatūrai, išlieka beveik pastovi. Tai visiškai prieštarauja ankstesnių teorijų prognozėms ir reiškia, kad reakcija neturi energetinio barjero ir vyksta daug greičiau, nei buvo manyta.

Šį rezultatą patvirtino ir teoriniai skaičiavimai, kuriuose buvo ištaisyta klaida, padaryta visuose ankstesniuose šios reakcijos modeliuose.

Rezultatai rodo, kad HeH⁺ koncentracija ankstyvoje Visatoje buvo reikšmingai pervertinta, o tai keičia supratimą ir apie pirmųjų žvaigždžių formavimosi tempus.

Tyrimo rezultatai publikuoti žurnale „Astronomy & Astrophysics“.