После десятилетий поисков учёными обнаружен первичный тип молекулы, которая могла существовать в ранней Вселенной. Исследователи выявили её сигнатуру в нашей родной галактике с помощью крупнейшей в мире воздушной обсерватории SOFIA (стратосферной обсерватории инфракрасной астрономии), расположенной на борту самолёта, поднимающего чувствительные астрономические инструменты высоко над поверхностью Земли.
В юной Вселенной существовало лишь несколько видов атомов. Учёные считают, что примерно через 100000 лет после Большого взрыва гелий и водород первыми объединились в молекулу, образовав гидрид гелия. Исходя из этого предположения, гидрид гелия должен присутствовать в некоторых областях современной Вселенной, но до недавнего времени он найден не был.
SOFIA выявила HeH в планетарной туманности NGC 7027, являющейся остатком подобной Солнцу звезды. Данная туманность, расположенная на расстоянии 3000 световых лет от Земли вблизи созвездия Лебедя, имеет подходящие условия для формирования этой таинственной молекулы. Открытие явилось доказательством реального существования гидрида гелия в космосе. Это подтверждает ключевую часть базового понимания химии ранней Вселенной и процесса её эволюции за миллиарды лет в сложную химию современного космоса. Результаты исследований опубликованы в журнале Nature.
"Чтобы обнаружить неуловимую молекулу в космосе, нам потребовались специальные инструменты для наблюдения в нужных позициях, и обсерватория SOFIA отлично справилась с этой задачей", - сообщил Гарольд Йорк, директор Научного центра SOFIA в Силиконовой долине.
В настоящее время Вселенная заполнена большими сложными структурами, такими как планеты, звёзды и галактики. Но более 13 миллиардов лет назад, после Большого взрыва, ранняя Вселенная была горячей, и в ней существовало лишь несколько типов атомов с преобладанием гелия и водорода. Когда атомы стали соединяться, образуя первые молекулы, Вселенная начала остывать и обретать форму. Учёные предположили, что гидрид гелия и был этой первичной, изначальной древней молекулой.
В остывающей Вселенной с HeH взаимодействовали атомы водорода, что привело к образованию молекулярного водорода, ответственного главным образом за формирование первых звёзд. Впоследствии недра звёзд создали все элементы, которые составляют богатую химию нынешнего космоса. Однако учёные не могли обнаружить гидрид гелия во Вселенной - до недавнего времени.
"Отсутствие доказательств существования гидрида гелия в межзвёздном пространстве являлось дилеммой для астрономов на протяжении десятилетий", - говорит главный автор статьи Рольф Гестен из Института радиоастрономии им. Макса Планка в Германии.
Гидрид гелия - очень капризная молекула. Гелий является благородным газом и, как правило, не образует соединений с другими видами атомов. Однако в 1925 году учёные смогли создать эту молекулу в лаборатории, вынудив атом гелия поделиться одним из своих электронов с ионом водорода.
Затем, в конце 1970-х годов, исследователи планетарной туманности под названием NGC 7027 предположили, что её среда является подходящей для образования гидрида гелия, поскольку ультрафиолетовое излучение и тепло от умирающей звезды создают благоприятные для этого условия. Но дальнейшие наблюдения не увенчались успехом, загадочная молекула ускользала от обнаружения. Используемые учёными космические телескопы не обладали специальными технологиями для выявления сигнала гидрида гелия среди других молекул в туманности.
В 2016 году учёные решили использовать для этой цели обсерваторию SOFIA. Поднимаясь на высоту более 13 километров, SOFIA производит наблюдения над интерферирующими слоями земной атмосферы. Кроме того, стратосферная обсерватория имеет преимущество, которого нет у космических телескопов: она возвращается на землю после каждого полёта.
"Мы можем заменять инструменты и устанавливать новейшие технологии, - объяснил Насим Рангвала, научный сотрудник проекта SOFIA. - Эта гибкость позволяет нам совершенствовать наблюдения, получая ответы на самые актуальные вопросы".
В результате недавнего апгрейда одного из инструментов SOFIA под названием GREAT (немецкий приемник на терагерцевых частотах), для поисков гидрида гелия был добавлен специальный канал, не используемый в предыдущих наблюдениях и которого нет в других телескопах. Прибор работает как радиоприёмник. Учёные настраиваются на частоту искомой молекулы подобно настройке FM-радио на нужную станцию.
Когда SOFIA поднялась на Боинге в ночное небо, учёные на борту считывали данные с прибора в режиме реального времени. Наконец, сигнал гидрида гелия прозвучал отчетливо и громко.
"Было так захватывающе - впервые увидеть сигнал гидрида гелия в данных, - сказал Гестен. - Долгие поиски привели к успеху, и сомнений в нашем понимании фундаментальной химии ранней Вселенной стало меньше".
Перевод.
Источник: https:// www.nasa.gov/ feature/ the-universe-s-first-type-of-molecule-is-found-at-last/