Selliste asjade jaoks nagu tähed, galaktikad, planeedid ja eluvormid, nagu me eksisteerime, on vaja rikkalikku ja mitmekesist keerukate molekulide komplekti. Kuid enne, kui inimesed ja kõik keerulised molekulid, millest me valmistatud oleme, eksisteerida, pidi olema see esimene ürgne molekul, mis käivitas pika keemiliste sündmuste ahela, mis viis kõigeni, mida täna teie ümber näete.
Ehkki selle eksisteerimise kohta on juba pikka aega mõeldud, oli selle molekuli vaatluslike tõendite puudumine teadlastele problemaatiline. Nüüd on nad selle leidnud ja teadlased saavad puhata. Nende ennustav teooria võidab!
Universumi esimestel päevadel oli ainult kaks või kolm aatomitüüpi. Suure paugu nukleosünteesi käigus loodi vesinik, heelium ja pisikesed kogused liitiumi. Kõik muud elemendid sepistati hiljem, tähtedes. Tähed on enamasti vesinikuaatomid, kuid tähed ei saanud moodustuda Suurest Paugust loodud lihtsatest vesinikuaatomitest. Need moodustuvad nn molekulaarsest vesinikust. Ja molekulaarne vesinik ei saaks moodustuda ilma niinimetatud “esimese molekulita”, mis koosneb heeliumi ja vesiniku kombinatsioonist, mida nimetatakse heeliumhüdriidiks. Teooria ütleb, et heeliumhüdriid loodi umbes 100 000 aastat pärast Suurt Pauku.
"Seal oli nii põnev olla, nähes andmetes heeliumhüdriidi esimest korda."
Rolf Guesten, Max Plancki Raadioastronoomia instituut, juhtiv autor.
Võite teha pildi varase universumi hetkest, kuskil 100 000 aastat pärast Suurt Pauku. See oli väga kuum ja asustas ainult vesinikku, heeliumi ja seda pisikest liitiumi. Enne Universumi aatomipopulatsiooni mitmekesistumist pidid moodustuma tähed. Kui see hakkas jahenema, hakkasid tingimused tärnide saamiseks küpseks saama.
Kuid ka midagi muud pidi juhtuma. Universumi jahutamisest ei piisanud tähtede moodustamiseks. Tuli luua molekulaarne vesinik, kuna tähed on tehtud suuresti molekulaarsest vesinikust, mitte Suure Paugu loodud lihtsast aatomi vesinikust. (Teadlased ei nimeta seda lihtsaks vesinikuks, nad nimetavad seda lihtsalt vesinikuaatomiks.)
Enamik Universumi vesinikku on molekulaarne vesinik.
Kuid üks vesinikuaatom on tänapäeva universumis haruldane, kuna see on vaba radikaal ja on tõesti reageeriv. Molekulaarne vesinik on molekul, milles kaks vesinikuaatomit on omavahel seotud. See koosneb kahest prootonist ja kahest elektronist ning on väga stabiilne. Kosmoses on tohutud molekulaarse vesiniku pilved ja neist pilvedest pärit tähed.
Varase universumi probleem oli selles, et kuigi asjad jahtusid, ei saanud molekulaarne vesinik iseseisvalt moodustuda. Teooria kohaselt oli konkreetse vesinikuga suhelmiseks enne vesiniku moodustamiseks vaja lihtsat vesinikku ja see molekul oli heeliumhüdriid. See koostoime oli universumi keemia esimene samm.
"Tõendite puudumine heeliumhüdriidi olemasolu kohta tähtedevahelises ruumis oli astronoomia dilemma aastakümneteks."
Rolf Guesten, Max Plancki Raadioastronoomia instituut, juhtiv autor
Ehkki teooria ütles, et heeliumhüdriid pidi eksisteerima, ja kuigi see oli loodud laboris 1925. aastal, polnud seda kosmoses kunagi nähtud. See on väga hapukurk-molekul, sest üks selle aatomitest on heelium, väärisgaas. Ja väärikad gaasid reageerivad teistele aatomitele väga vastumeelselt.
Kuid nüüd on nad selle leidnud.
Ajakirjas Nature avaldatud 17. aprilli artiklis kirjeldasid teadlased, kuidas nad avastasid tabamatu heeliumhüdriidi
planeedi udukogu nimega NGC 7027. Nad kasutasid NASA SOFIA või
Stratosfääri infrapunaastronoomia vaatluskeskus, et seda otsida. SOFIA on muundatud Boeing 747SP, mis lendab vaatluste tegemiseks kõrgel kõrgusel, atmosfäärihäiringutest kõrgemal.
Alates 1970. aastatest arvasid teadlased, et NGC 7027-l olid heeliumhüdriidi eksisteerimiseks vajalikud tingimused. SOFIA ja saksa GREAT (Saksa vastuvõtja Terahertzi sagedustel) abil sondeerisid nad NGC 7027, otsides raskesti tabatavat molekuli.
Töö juhtiv autor on Rolf Guesten Max Boncki Raadioastronoomia instituudist Bonnis Saksamaal. "Tõendite puudumine heeliumhüdriidi olemasolu kohta tähtedevahelises ruumis oli astronoomia dilemma aastakümneteks," ütles Guesten.
Planeetide udus, kus teadlased seda märkasid, on heeliumhüdriidi moodustamiseks sobivad tingimused. Vananev täht pani molekuli moodustamiseks vajaliku soojuse ja ultraviolettkiirguse välja. Kuid selle udukogu sisse vaatamine osutus väga raskeks. Sisestage SOFIA ja SUUR.
SOFIA on omamoodi hübriid maapealse teleskoobi ja kosmoseteleskoobi vahel. Alates vaatepunktist 45 000 jalga on see vaba enamikust Maa atmosfäärihäiringutest, sarnaselt kosmoseteleskoobiga. Kuid see on paindlikum. See maandub missioonide vahel ja selle mõõteriistu saab muuta või kohandada rohkem nagu maapealset teleskoobi.
Sel juhul integreeriti Saksamaa SUUR instrument 2011. aastal SOFIA-sse. See on osutunud selles uurimistöös keskseks.
"Me suudame instrumente vahetada ja uusimat tehnoloogiat installida," ütles SOFIA projekti asetäitja Naseem Rangwala. "See paindlikkus võimaldab meil parandada vaatlusi ja vastata kõige pakilisematele küsimustele, millele teadlased tahavad vastuseid."
Aastal 2016 alustasid teadlased SOFIA ja GREAT kasutamist, et proovida NGC 7027 hajutatava heeliumhüdriidi jaoks. Iga molekul interakteerub valgusega omal sagedusel ja GREAT häälestati heeliumhüdriidi sagedusele, sarnaselt raadio häälestamisega konkreetsele jaamale. Ja neil lõpuks vedas.
“Seal oli nii põnev olla, nähes andmetes heeliumhüdriidi esimest korda. See viib pika otsimise õnneliku lõpuni ja välistab kahtlused meie arusaamises varajase universumi põhikeemiast.
Rolf Guesten, Max Plancki Raadioastronoomia instituut, juhtiv autor
"Seal oli nii põnev olla, nähes andmetes heeliumhüdriidi esimest korda," ütles Guesten. "See viib pika otsimise õnneliku lõpuni ja välistab kahtlused meie arusaamises varajase universumi põhikeemiast."
Niisiis on see üks astronoomia kõige kauem esitatud küsimustele õnnelik lõpp. Heeliumhüdriidi otsimise edukas lõpuleviimine on kena võit meie teooriatele, mis kirjeldavad Universumi arengut.
Kui olete mõne teadlasega sõbrad, minge ostke talle õlut ja näidake üles tunnustust tema raske töö eest!
Allikad
- Uurimistöö: heeliumhüdriidi iooni HeH astrofüüsikaline tuvastamine
- Pressiteade: Lõpuks leitakse Universumi esimene molekuli tüüp
- NASA: SOFIA veebisait
- Vikipeedia: heeliumhüdriidioon
