Яка молекула була першою у Всесвіті та яку роль вона відіграла в усьому, що було далі

Як перша молекула допомогла народитися зіркам?

Приблизно через 380 тисяч років після Великого вибуху Всесвіт охолов достатньо для того, щоб з'явилися перші нейтральні атоми – переважно водень та гелій. Це відкрило шлях для перших хімічних реакцій. Першою молекулою, що утворилася, став іон гідриду гелію (HeH⁺), який виник унаслідок з'єднання атома гелію та протона водню. Ця подія дала старт ланцюжку реакцій, що призвели до появи молекулярного водню (H₂), найпоширенішої молекули у Всесвіті, пише 24 Канал з посиланням на Astronomy & Astrophysics.

Протягом наступних кількох сотень мільйонів років, у так звані "темні віки", у космосі ще не було зірок. Щоб перші зорі могли запалитися, газові хмари, з яких вони формувалися, мали охолонути й стиснутися, щоб потім знову почати розігріватися. Молекули, такі як HeH⁺, були необхідні для цього процесу, оскільки вони ефективно випромінювали теплову енергію.

Дослідники вперше успішно відтворили цю реакцію в умовах, схожих на ті, що існували в ранньому Всесвіті. Вони досліджували реакцію HeH⁺ з дейтерієм, ізотопом водню, що містить додатковий нейтрон в атомному ядрі поряд з протоном. Коли HeH⁺ реагує з дейтерієм, замість H₂⁺ утворюється іон HD⁺, а також нейтральний атом гелію.

Експеримент проводився на кріогенному накопичувальному кільці (CSR) в MPIK у Гейдельберзі – унікальному в світі приладі для дослідження молекулярних і атомних реакцій в умовах, схожих на космічні. Для цього іони HeH⁺ зберігалися в іонному накопичувальному кільці діаметром 35 метрів протягом 60 секунд при температурі всього кілька кельвінів (-267 градусів Цельсія) і накладалися на пучок нейтральних атомів дейтерію. Регулюючи відносну швидкість двох пучків частинок, вчені змогли дослідити, як частота зіткнень змінюється залежно від енергії зіткнення, яка безпосередньо пов'язана з температурою.

Вони виявили, що, всупереч попереднім прогнозам, швидкість цієї реакції не сповільнюється зі зниженням температури, а залишається майже постійною.

Попередні теорії передбачали значне зниження ймовірності реакції при низьких температурах, але ми не змогли підтвердити це ні в експерименті, ні в нових теоретичних розрахунках наших колег,
– пояснює доктор Хольгер Крекель.

Вчені кажуть, що реакції HeH⁺ з нейтральним воднем і дейтерієм, як видається, мали набагато більший вплив на хімічні процеси в ранньому Всесвіті, ніж вважалося раніше.

Це спостереження узгоджується з висновками групи теоретичних фізиків під керівництвом Йогана Скрібано, які виявили помилку в більш ранніх розрахунках.

Оскільки концентрації молекул, таких як HeH⁺ і молекулярний водень (H₂ або HD), відігравали важливу роль у формуванні перших зірок, цей результат наближає нас до розгадки таємниці їхнього першого утворення.