Найдена первая молекула Вселенной

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2019, №6)

pic_2019_06_20-2.jpg

После долгих поисков исследователям удалось поймать HeH+ в этой планетарной туманности

Фото: Hubble/NASA/ESA

На заре жизни нашей Вселенной набор химических реакций, протекавших в ней, был довольно ограничен. Согласно самой убедительной на сегодня теории Большого взрыва, когда температура молодой расширяющейся Вселенной упала ниже 3700°C, ядра легких элементов, образовавшиеся в процессе первичного нуклеосинтеза, связались с электронами. Сначала электронной оболочкой обзавелось ядро гелия, а затем водорода — образовались атомы гелия и водорода.

Атомы гелия, сталкиваясь с ядрами водорода — протонами, еще лишенными электронов, образовали первую химическую связь во Вселенной. В соответствии с гипотезами, описывающими процессы, протекавшие в самом начале, первой частицей с ковалентной связью стал гидрид гелия (ион HeH+). К этому иону мог присоединиться еще один электрон, в результате чего частица распадалась бы на атом гелия и атом водорода, а атомы водорода рекомбинировали бы с образованием первого устойчивого соединения — молекулярного водорода H2.

Ученые предполагают, что гидрид гелия сыграл важную роль в эволюции Вселенной. Однако обнаружить этот ион в космическом пространстве никак не удавалось. В лабораторных условиях HeH+ получили еще в 1925 году, но лишь в 1970-е годы астрофизики предположили, что ион и сегодня существует в космосе. И вот астрономы его обнаружили («Nature» 2019, 568, 357–359, doi: 10.1038/s41586-019-1090-x). Раз его существование доказано, то теперь можно проверить модели возникновения и эволюции ранней Вселенной.

Спектральные линии гидрида гелия идентифицировал Рольф Гюштен из Института радиоастрономии имени Макса Планка, разместив телескоп со спектрометром на самолете. Он обнаружил его в планетарной туманности NGC 7027 — ученые считали, что это одно из мест, где ион находится с наибольшей вероятностью. Планетарные туманности образуются после коллапса звезд, подобных нашему Солнцу. После разрушения звезды высвобождается газовая оболочка, в центре которой остается ее остывающее ядро — белый карлик. Группа Гюштена нашла HeH+ внутри газовой оболочки.

Обнаружить HeH+ было действительно не так просто. Ученые рассчитали, что его характерный спектральный сигнал должен иметь длину волны 149,1 мкм, но совсем рядом с ним находится сигнал связи С–Н (149.09 мкм), часто маскирующий сигнал HeH+. Также поискам могут мешать сигналы воды и других веществ, содержащихся в земной атмосфере. Исследователи решили исключить хотя бы часть факторов. В 2016 году они поместили сверхчувствительный телескоп-спектрометр на самолет, который поднял прибор на высоту 12 000 метров. Так удалось избежать помех, вызванных плотными слоями атмосферы, и наконец поймать спектральные сигналы HeH+, частично перекрывшиеся с сигналами C–H.

Вместо того чтобы с облегчением вздохнуть, исследователи теперь решают следующую загадку. Дело в том, что, по оценкам Гюштена, иона HeH+ в туманности NGC 7027 оказалось примерно в три раза больше, чем было просчитано теоретически. Неточно смоделировали? Ошиблись при интерпретации зарегистрированных спектров? Возможно, это станет ниточкой, потянув за которую можно будет уточнить и основную теорию.



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 6/2019) на с. 20 — 21.

123

Разные разности

18.02.2020 17:30:00

Руководство НАСА запустило оригинальную программу государственно-народного софинансирования научных проектов.

>>
03.02.2020 17:30:00

...как показали новые наблюдения на Очень Большом Телескопе, сверхмассивные черные дыры в центре некоторых самых ранних галактик во Вселенной могли достичь своих огромных размеров, поглощая холодный газ...

...впервые подтверждена гипотеза, согласно которой в донных отложениях под водорослевыми матами накапливаются тяжелые металлы и высвобождаются их подвижные формы, что усиливает загрязнение прибрежной зоны...


...статистика представлений рукописей в крупнейшие медицинские журналы доказывает, что исследователи имеют привычку работать по ночам и в праздничные дни...


>>
29.01.2020 17:00:00

2020 год будет годом журавля — так решил Союз охраны птиц России. Значит, в этот год надо особенно старательно оберегать этих птиц, ставших весьма редкими: из 15 видов журавлей 11 находятся под угрозой уничтожения.

>>
28.01.2020 13:00:00

Согласно модели климата, построенной австралийскими исследователями, Монреальский протокол уберегает нас от худшего варианта глобального потепления.

>>
10.01.2020 14:00:00

...астрономы беспокоятся, что многочисленные спутники связи, которые собирается запустить SpaceX и другие компании, помешают наблюдениям Вселенной...

...в эмбрион мыши пересадили донорские стволовые клетки, из которых у взрослой мыши сформировались полноценные легкие...

...зарождению современной европейской цивилизации непреднамеренно способствовала христианская церковь, введя запрет на близкородственные браки...


>>