Se vie rikkaan ja monipuolisen joukon monimutkaisia molekyylejä, kuten tähdet, galaksit, planeetat ja elämämuodot, kuten meillä on. Mutta ennen kuin ihmiset ja kaikki monimutkaiset molekyylit, joista me olemme tehty, voisivat olla olemassa, oli oltava se ensimmäinen alkukielellinen molekyyli, joka aloitti pitkän kemiallisten tapahtumien ketjun, joka johti kaikkeen, mitä näet ympärilläsi tänään.
Vaikka sen olemassaolosta on jo pitkään ollut kysymys, havainnollisten todisteiden puute kyseisestä molekyylistä oli tutkijoille ongelmallista. Nyt he ovat löytäneet sen ja nämä tutkijat voivat levätä helposti. Heidän ennustava teoria voittaa!
Universumin varhaisina päivinä oli vain kahta tai kolmea atomia. Vety, helium ja pienet määrät litiumia luotiin Big Bang -nukleosynteesillä. Kaikki muut elementit taottiin myöhemmin, tähdellä. Tähdet ovat enimmäkseen vetyä, mutta tähdet eivät voineet muodostua yksinkertaisista vetyatomeista, jotka luotiin isossa räjähdyksessä. Ne muodostuvat ns. Molekyylivetystä. Ja molekyylivety ei voinut muodostua ilman ns. ”Ensimmäistä molekyyliä”, heliumin ja vedyn yhdistelmää, jota kutsutaan heliumhydridiksi. Teorian mukaan heliumhydridi luotiin noin 100 000 vuotta Ison räjähdyksen jälkeen.
"Oli niin jännittävää olla siellä nähdä heliumhydridi ensimmäistä kertaa tiedoissa."
Rolf Guesten, Max Planckin radioastronomian instituutti, pääkirjailija.
Voit kuvata hetkellisen kuvan universumin varhaisesta osasta, noin 100 000 vuotta Ison räjähdyksen jälkeen. Se oli erittäin kuuma ja asutti vain vety, helium ja pieni pieni määrä litiumia. Ennen kuin maailmankaikkeuden atomipopulaatio voisi monimuotoistua, oli muodostettava tähtiä. Kun se alkoi jäähtyä, olosuhteet alkoivat kypsyä, jotta tähdet muodostuisivat.
Mutta jotain muuta piti tapahtua myös. Universumin jäähtyminen ei ollut tarpeeksi tähtien muodostumiseen. Molekyylivety oli luotava, koska tähdet tehdään suurelta osin molekyylisestä vedystä kuin pelkän ison atomin muodostamasta yksinkertaisesta atomivetystä. (Tutkijat eivät kutsu sitä yksinkertaiseksi vedyksi, he kutsuvat sitä vain vetyatomiksi.)
Suurin osa maailmankaikkeuden vedystä on molekyylivety.
Mutta yksi vetyatomi on harvinainen nykypäivän maailmankaikkeudessa, koska se on vapaa radikaali ja on todella reaktiivinen. Molekyylivety on molekyyli, jossa kaksi vetyatomia on sitoutunut toisiinsa. Se koostuu kahdesta protonista ja kahdesta elektronista ja on erittäin vakaa. Avaruudessa on massiivisia molekyylivetypilviä ja tällaisia pilviä.
Varhaisen maailmankaikkeuden ongelma oli, vaikka asiat jäähtyivät, molekyylin vety ei voinut muodostua yksinään. Teorian mukaan yksinkertainen vety tarvitsi vuorovaikutukseen tietyn molekyylin kanssa ennen kuin se voisi muodostua, ja että molekyyli oli heliumhydridi. Tämä vuorovaikutus oli ensimmäinen askel maailmankaikkeuden kemiassa.
"Todisteiden puuttuminen heliumhydridin olemassaolosta tähtienvälisessä tilassa oli astronomian dilemma vuosikymmenien ajan."
Rolf Guesten, Max Planckin radioastronomian instituutti, pääkirjailija
Vaikka teorian mukaan heliumhydridin oli oltava olemassa, ja vaikka se oli luotu laboratoriossa vuonna 1925, sitä ei ollut koskaan nähty avaruudessa. Se on hyvin suolakurkku-molekyyli, koska yksi sen ainesosatomeista on helium, jalokaasu. Jalokaasut ovat erittäin haluttomia reagoimaan muiden atomien kanssa.
Mutta nyt he ovat löytäneet sen.
Nature-lehdessä 17. huhtikuuta julkaistussa lehdessä tutkijat kertoivat, kuinka he löysivät vaikeasti saatavan heliumhydridin
Planeetta- sumu, nimeltään NGC 7027. He käyttivät NASAn SOFIA: ta tai
Stratosfäärin observatorio infrapunatähtitiedelle, etsimään sitä. SOFIA on muunnettu Boeing 747SP, joka lentää korkeilla korkeuksilla, ilmakehän häiriöiden yläpuolella, havainnoimaan.
1970-luvulta lähtien tutkijat uskoivat, että NGC 7027: llä oli tarvittavat olosuhteet heliumhydridin olemassaololle. He käyttivät SOFIA: n ja saksalaisen GREAT-instrumentin (saksalainen vastaanotin Terahertzin taajuuksilla) kanssa koettimen NGC 7027: lle etsiessään vaikeaa molekyyliä.
Lehden pääkirjailija on Rolf Guesten Max Planckin radioastronomian instituutista Bonnissa, Saksassa. "Todisteiden puuttuminen heliumhydridin olemassaolosta tähtienvälisessä tilassa oli astronomian dilemma vuosikymmenien ajan", sanoi Guesten.
Planeettatiivis, jossa tutkijat havaitsivat sen, ovat oikeat olosuhteet heliumhydridin muodostumiseen. Ikääntyvä tähti antoi sopivan lämmön ja ultraviolettisäteilyn molekyylin muodostukseen. Mutta katsoa tuon sumun sisälle osoittautui erittäin vaikeaksi. Syötä SOFIA ja GREAT.
SOFIA on kuin hybridi maanpäällisen teleskoopin ja avaruusteleskoopin välillä. 45 000 metrin etäisyydeltään se on vapaa suurimmasta osasta Maan ilmakehän häiriöitä, aivan kuten avaruusteleskooppi. Mutta se on joustavampi. Se laskeutuu tehtävien välillä, ja sen instrumentteja voidaan muuttaa tai mukauttaa enemmän kuin maanpäällinen kaukoputki.
Tässä tapauksessa saksalainen GREAT-instrumentti integroitiin SOFIA: han vuonna 2011. Ja sen on osoitettu olevan keskeinen tässä tutkimuksessa.
"Pystymme vaihtamaan instrumentit ja asentamaan uusimman tekniikan", sanoi SOFIA-apulaisprojektitutkija Naseem Rangwala. "Tämän joustavuuden avulla voimme parantaa havaintoja ja vastata kiireellisimpiin kysymyksiin, joihin tutkijat haluavat vastauksen."
Vuonna 2016 tutkijat aloittivat SOFIA: n ja GREAT: n käytön NGC 7027 -koettimen koettamiseksi vaikeasti saavutettavalle heliumhydridille. Jokainen molekyyli on vuorovaikutuksessa valon kanssa omalla taajuudellaan, ja GREAT viritettiin heliumhydridin taajuudelle, samalla tavalla kuin radion virittäminen tietylle asemalle. Ja he lopulta onnekas.
”Oli niin mielenkiintoista olla siellä nähdessäsi heliumhydridiä ensimmäistä kertaa tiedoissa. Tämä tuo pitkän etsinnän onnelliseen loppuun ja eliminoi epäilykset siitä, ymmärrämmeko varhaisen maailmankaikkeuden taustalla olevaa kemiaa.
Rolf Guesten, Max Planckin radioastronomian instituutti, pääkirjailija
"Oli niin jännittävää olla siellä nähdä heliumhydridi ensimmäistä kertaa tiedoissa", sanoi Guesten. "Tämä tuo pitkän etsinnän onnelliseen loppuun ja eliminoi epäilykset ymmärryksestämme varhaisen maailmankaikkeuden taustalla olevasta kemiasta."
Joten tämä on onnellinen loppu yhdelle tähtitieteen pisimmistä kysymyksistä. Heliumhydridin etsinnän onnistunut päättäminen on hieno voitto teorioillemme, jotka yksityiskohtaisesti kuvaavat maailmankaikkeuden kehitystä.
Jos olet ystäviä tiedemiehen kanssa, mene ostamaan hänelle olutta ja osoittamaan arvostusta heidän kovasta työstään!
Lähteet
- Tutkimuspaperi: Heliumhydridi-ionin HeH astrofüüsinen havaitseminen
- Lehdistötiedote: Universumin ensimmäisen tyyppinen molekyyli löytyy viimeinkin
- NASA: SOFIA-verkkosivusto
- Wikipedia: Heliumhydridi-ioni
