Pati pirmoji molekulė visoje Visatoje - unikalus radinys kosmose

Pirmosios žvaigždės susiformavo tik praėjus dar maždaug 100 milijonų metų.

Tačiau ne vėliau kaip po 100 tūkst. metų po Didžiojo sprogimo atsirado pirmųjų molekulių – iš helio ir vandenilio sudarytos neįprastos medžiagos, vadinamos helio hidrido jonais (HeH+).

„Tai buvo chemijos pradžia“, – sakė trečiadienį paskelbtos studijos bendraautorius Davidas Neufeldas, Johno Hopkinso universiteto profesorius. Šiame straipsnyje apžvelgiama, kaip po dešimtmečius trukusių paieškų mokslininkams pavyko aptikti kosmose šios slapios molekulės pėdsakų.

„HeH+ susidarymas buvo pirmasis žingsnis į didėjantį Visatos sudėtingumą“ ir gali būti laikomas tokios svarbos įvykiu kaip daugialąsčių organizmų atsiradimas Žemės gyvybės evoliucijoje, naujienų agentūrai AFP sakė mokslininkas.

Teoriniai modeliai jau seniai įtikino astrofizikus, kad pati pirmoji molekulė buvo HeH+, o vėliau – vienos po kitų, tiksliai nustatyta seka – atsirado virtinė vis sudėtingesnių ir sunkesnių molekulių.

Laboratorijose HeH+ jonai buvo tyrinėjami dar nuo 1925 metų. Tačiau ilgą laiką nepavykdavo aptikti šios medžiagos jos „natūralioje aplinkoje“.

„Paties jos egzistavimo tarpžvaigždinėje erdvėje patikimų įrodymų nebuvimas ilgą laiką buvo dilema astronomijai“, – sakė studijos pagrindinis autorius Rolfas Gustenas, dirbantis Bonoje įsikūrusiame Maxo Plancko radioastronomijos institute.

Tyrėjai žinojo, kur ieškoti.

Jau 8-ame dešimtmetyje sukurti modeliai prognozavo, kad reikšmingų HeH+ kiekių gali būti švytinčioje dujų masėje, išmetamoje gęstant į Saulę panašioms žvaigždėms. Tokioje aplinkoje susidaro sąlygos, panašios į egzistavusias ankstyvojoje Visatoje.

Nestabili molekulė

Paieškas apsunkino faktas, kad HeH+ elektromagnetinio spektro „parašas“ tolimųjų infraraudonųjų spindulių diapazone yra smarkiai slopinamas Žemės atmosferos, tad nuo žemės paviršiaus jo aptikti nepavyksta.

Taigi, JAV Nacionalinė aeronautikos ir kosmoso administracija (NASA) bei Vokietijos aerokosminis centras suvienijo jėgas, kad sukurtų skraidančią observatoriją, sudarytą iš trijų pagrindinių komponentų: didelio 2,7 metro skersmens teleskopo, infraraudonųjų spindulių spektrometro ir lėktuvo „Boeing 747“, kurio korpuse įtaisytas specialus liukas stebėjimams atlikti.

Skrisdama beveik 14 km aukštyje Infraraudonosios astronomijos stratosferinė observatorija (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, SOFIA) sugeba išvengti 85 proc. atmosferos nulemiamo „triukšmo“, trikdančio stebėjimus antžeminiais teleskopais.

Per tris skrydžius 2016 metų gegužę surinkta medžiaga pateikė mokslininkų seniai ieškotų molekulinių įrodymų. HeH+ buvo rasta planetiniame ūke NGC 7027, esančiame maždaug už 3 000 šviesmečių nuo Žemės.

„HeH+ atradimas yra dramatiškas ir gražus gamtos polinkio formuoti molekules pavyzdys“, – sakė D.Neufeldas.

Ir ši ypatybė pasireiškė itin nepalankiomis sąlygomis.

Nors jauna Visata po Didžiojo sprogimo sparčiai vėso, minėtu laikotarpiu jos temperatūra tebebuvo apie 4 000 Celsijaus laipsnių, tad sąlygos formuotis jungtims tarp atomų tebebuvo netinkamos.

„Be to, helis, priskiriamas inertinių elementų grupei, pasižymi labai menku polinkiu formuoti molekules”, – aiškino D.Neufeldas.

Helio atomų ryšys su vandenilio jonais, sudarytais iš vienintelio protono, buvo netvarus ir egzistavo neilgai. Šias molekules ilgainiui pakeitė tvirtesni ir sudėtingesni molekuliniai junginiai.

Sunkesnių elementų, tokių kaip anglis, deguonis ir azotas, bei iš jų sudarytų įvairių molekulių atsirado daug vėliau, vykstant branduolinėms reakcijoms žvaigždžių gelmėse.