Первые молекулы во Вселенной - какими они были?

Первые молекулы во Вселенной – какими они были?

Около 14 миллиардов лет родилась наша Вселенная – как все мы прекрасно знаем, в результате Большого взрыва. Это, великолепное, поистине знаменательное событие, но в последнее время много новостей в области астрономии связано с тем, что происходило примерно четверть миллиона лет спустя после него. К этому моменту Вселенная уже немного остыла, и начали образовываться нейтральные, незаряженные атомы. А затем они объединились. Если конкретнее, то атомы гелия сплелись с заряженными ионами водорода, образовав ионы гидрида гелия (HeH+). Из этих молекул сформировались первые звезды, галактики, и весь прочий ассортимент небесных тел, который мы с таким упоением изучаем сегодня.  Естественно, этот вывод сделан на основании нынешних представлений о химии. Ни один человек не видел и не мог видеть, что всё было именно так. Данная теория долгие десятилетия подвергалась сомнению и оспаривалась – по той незамысловатой причине, что не было ни единого свидетельства о наличии хотя бы одного иона гидрида гелия в космосе. Однако их-таки удалось найти! На прошлой неделе в журнале “Nature” опубликована статья, в которой об обнаружении неуловимого ранее HeH+ отчиталась международная исследовательская группа. 

Планетарная туманность NGC 7293 3D морфологическая анимация

О том, что эти молекулы имеют право на существование, было известно давно – они были получены в лабораторных условиях еще в далёком 1925 году. Но в межзвездном пространстве они не встречались. Основная причина этого, скорее всего, в том, что эти ионы невероятно реактивны. Гидрид гелия – самая сильная из известных кислот, он вступает в реакцию со всякой нейтральной молекулой, имеющейся в природе. Единственное, к чему он безразличен – это другие положительно заряженные ионы. Поэтому учёные изначально не ожидали, что поиск будет легким. И понимали, что неразумно искать самые первые молекулы космоса где-то поблизости, так как здесь они давным-давно должны были исчезнуть.

Они обратили свои взоры на те области, условия в которых напоминают раннюю Вселенную. Таковыми им показались внутренние районы планетарных туманностей. Это невероятно красивые газовые оболочки, выбрасывающиеся умирающими звездами. Обычно они окружают горячих белых карликов, которые наполняют туманность интенсивным излучением – достаточно сильным, чтобы выбивать электроны из атомов и создавать огромные области ионизированного вещества, где происходят крайне интересные химические процессы.

Здесь, естественно, не совсем те же условия, что в ранней Вселенной, но это, наверное, самое близкое приближение из всех возможных. Одной из наиболее перспективных в этом плане туманностей является NGC7027, находящаяся на расстоянии 3000 световых лет. Возраст этого “облака” всего около 600 лет, и это означает, что оно всё еще достаточно плотное. Расположенная в центре звезда невероятно горяча. Её температура составляет приблизительно 190000°C, и это почти рекорд среди всего того, что известно науке. Этот объект сразу же стал приоритетной целью для тех исследователей, что собирались искать в космосе гидрид гелия.

Однако проблема заключалась не столько в том, где искать HeH+, сколько в том, как его разглядеть. Астрономы обычно ищут те или иные молекулы в космосе, рассматривая свет на специфических для них частотах. А гидрид гелия сильнее всего проявляется на 2 терагерцах, что считается невероятно высоким значением. Это дальняя инфракрасная часть электромагнитного спектра. Некоторые из доступных на данный момент космических телескопов могут работать в этом диапазоне, но они недостаточно чувствительны, чтобы отличить ионы гидрида гелия от похожих молекул.

Осложняется ситуация ещё и тем, что водяной пар, изобилующий в земной атмосфере, поглощает инфракрасное излучение, поэтому искать что-то подобное с поверхности планеты бесполезно. Но, несмотря на все описанные сложности, ионы гидрида гелия всё-таки удалось обнаружить.

Правда, для этого пришлось потратиться и построить летающую обсерваторию! Она называется GREAT и представляет собой сверхчувствительный приемник, способный обнаруживать вибрации частиц на частоте более 2 терагерц. Данный агрегат был установлен на борту летающей лаборатории SOFIA. Это “Боинг-747“, специально модифицированный таким образом, чтобы из его хвостовой части в трёхметровое “окошко” мог выглядывать телескоп.

Несмотря на то, что эта лаборатория не выходит за пределы атмосферы, высоты в 12 километров над землей достаточно, чтобы оставить внизу большую часть водяного пара, поглощающего свет инфракрасной части спектра. Огромным плюсом по сравнению с космическими телескопами является также и лёгкость обслуживания. Чтобы установить, допустим, новые детекторы, учёным не требуется запускать что-либо в космос – всё делается на аэродроме.Как бы то ни было, учёным с помощью описанного воздушного телескопа удалось обследовать NGC7027 по поводу интересующего их вопроса. Хватило трёх вылетов Боинга и в общей сложности часа наблюдений в 2016 году.

Планетраная туманность NGS-7027.
Планетраная туманность NGS-7027. Автор фото: William B. Latter (SIRTF Science Center/Caltech) and NASA [Public domain]

Последующая обработка данных подтвердила, что астрономы не ошиблись в предположениях – они увидели четкую спектральную сигнатуру неуловимого доселе гидрида гелия. Это подтвердило имевшийся сценарий происходивших после Большого взрыва событий, но было важно не только по этой причине. Полученная информация важна для изучения того, как формируются и разрушаются молекулы в условиях сильного электромагнитного излучения.

Это может привести к пониманию процессов, лежащих в самой основе химии, на самых фундаментальных её уровнях. Что было бы великолепно для нынешних и будущих учёных, работающих в этой области науки.

Text.ru - 100.00%

Поделиться ссылкой:

А Вы смотрели:  Чем отличается световой год от земного? Расстояние до ближайшей галактики
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector