Po dziesięcioleciach poszukiwań odkryto cząsteczki, które jako pierwsze uformowały się we wczesnym Wszechświecie. Sygnatura jonów wodorku helu została dostrzeżona w mgławicy planetarnej NGC 7027.
Na początku nie było żadnych cząsteczek. Przez dziesiątki tysięcy lat po Wielkim Wybuchu Wszechświat był zbyt gorący i pełen promieniowania. Jony wodorku helu uważane są za pierwszy rodzaj cząsteczek, które uformowały się we Wszechświecie. Pojawiły się po raz pierwszy około 100 000 lat po Wielkim Wybuchu. Wszechświat wówczas składał się prawie wyłącznie z wodoru i helu, a wodorek helu był jedyną cząsteczką, którą te dwa elementy mogły stworzyć.
Nie tylko uważa się, że jest to pierwsze wiązanie molekularne i pierwszy związek chemiczny, który pojawił się, gdy Wszechświat ochłodził się po Wielkim Wybuchu. Molekuła ta otworzyła drogę do powstawania bardziej zaawansowanej chemii.
Wodorek helu od blisko stu lat potrafimy stworzyć w laboratorium, ale nigdy nie został wykryty w przestrzeni kosmicznej. Aż do teraz. Odkrycie w mgławicy planetarnej NGC 7027 kończy kilkudziesięcioletnie polowanie na nieuchwytną cząsteczkę i pomaga potwierdzić nasze zrozumienie chemii w wczesnym Wszechświecie.
Odkrycie zostało opisane na łamach pisma „Nature”.
Sygnaturę nieuchwytnej cząsteczki dostrzeżono dzięki powietrznemu obserwatorium SOFIA (Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy - Stratosferyczne Obserwatorium Astronomii Podczerwonej). SOFIA to w rzeczywistości teleskop zamontowany na pokładzie samolotu. Obserwacje prowadzone są na wysokości powyżej 12 tys. metrów. Jest to spowodowane tym, że na niższych wysokościach para wodna pochłania promieniowanie podczerwone, a właśnie w tym zakresie promieniowania pracuje SOFIA.
Podczas trzech lotów w maju 2016 roku SOFIA skierowała swój „wzrok” na mgławicę planetarną NGC 7027 znajdującą się w pobliżu gwiazdozbioru Łabędzia w odległości około 3000 lat świetlnych od Układu Słonecznego. Astronomowie uważają, że mgławica powstała około 600 lat temu, gdy tamtejsza gwiazda podobna do naszego Słońca przeistoczyła się w białego karła. W świetle emitowanym przez gorącą, gęstą chmurę gazu, naukowcy wykryli obecność wodorku helu.
Odkrycie służy jako dowód, że wodorek helu może w rzeczywistości istnieć w przestrzeni kosmicznej. Potwierdza to kluczową część naszej podstawowej wiedzy na temat chemii wczesnego Wszechświata i tego, jak ewoluowała ona przez miliardy lat w złożoną chemię, którą widzimy dziś.
- Cząsteczka ta czaiła się tam, ale potrzebowaliśmy odpowiednich instrumentów, które pozwoliłyby obserwować Wszechświat we właściwej pozycji. SOFIA poradziła sobie z tym doskonale - powiedział Harold Yorke, szef SOFIA Science Center.
Dzisiaj Wszechświat jest wypełniony dużymi, złożonymi strukturami, takimi jak planety, gwiazdy i galaktyki. Ale ponad 13 miliardów lat temu, tuż po Wielkim Wybuchu, wczesny Wszechświat był gorący, a wszystko, co istniało, to kilka typów atomów, głównie hel i wodór. Gdy atomy połączyły się tworząc pierwsze cząsteczki, Wszechświat był w stanie ochłodzić się i zaczął nabierać kształtów.
Naukowcy wywnioskowali, że wodorek helu był tą pierwszą, pierwotną cząsteczką, która umożliwiła powstanie pierwszych gwiazd, a w gwiazdach powstały inne elementy, które wchodzą w skład bogatego chemicznie kosmosu, który widzimy obecnie.
- Brak dowodów na istnienie wodorku helu w przestrzeni międzygwiezdnej był dylematem dla astronomii od dziesięcioleci - przyznał Rolf Guesten z Max Planck Institute for Radio Astronomy, główny autor publikacji.
Pod koniec lat 70. XX wieku naukowcy badający mgławicę planetarną NGC 7027 doszli do wniosku, że to odpowiednie środowisko do utworzenia wodorku helu. Promieniowanie ultrafioletowe i ciepło z gwiazdy dają do tego doskonałe warunki. Ale ich obserwacje były niejednoznaczne. Kolejne wysiłki sugerowały, że ta nieuchwytna cząsteczka może tam być, ale nieustannie ucieka przed naszym wzrokiem. Dopiero kiedy SOFIA zajęła się obserwacjami nocnego nieba sygnał wodorku helu nadszedł głośno i wyraźnie.
- Odkrycie to prowadzi do szczęśliwego zakończenia długich poszukiwań i eliminuje wątpliwości dotyczące naszego zrozumienia podstawowej chemii wczesnego Wszechświata – podkreślił Guesten.
Źródło: NASA, fot. NASA/SOFIA/L. Proudfit/D.Rutter
