PRVá MOLEKULA, KTORá BOLA MOŽNá VO VESMíRE, BOLA VIDENá VO VESMíRE

Send

Na existenciu vecí, ako sú hviezdy, galaxie, planéty a formy života, potrebujeme bohatú a rozmanitú množinu komplexných molekúl. Ale predtým, ako mohli existovať ľudia a všetky komplexné molekuly, z ktorých sme vytvorili, musela existovať prvá prvotná molekula, ktorá začala dlhý reťazec chemických udalostí, ktoré viedli k všetkému, čo dnes okolo seba vidíte.

Aj keď už dávno existovala teória, nedostatok pozorovacích dôkazov pre túto molekulu bol pre vedcov problematický. Teraz to našli a títo vedci si môžu oddýchnuť. Ich prediktívna teória vyhrá!

Vo veľmi skorých dňoch vesmíru existovali iba dva alebo tri typy atómov. Vodíkom, héliom a malými množstvami lítia sa vytvorila Big Bang Nucleosynthesis. Všetky ostatné prvky boli kované neskôr v hviezdach. Hviezdy sú väčšinou vodík, ale hviezdy sa nemôžu tvoriť z jednoduchých atómov vodíka vytvorených vo Veľkom tresku. Tvoria sa z tzv. Molekulárneho vodíka. A molekulárny vodík by sa nemohol tvoriť bez takzvanej „prvej molekuly“, čo je kombinácia hélia a vodíka nazývaná hydrid hélia. Teória hovorí, že hydrid hélia bol vytvorený asi 100 000 rokov po Veľkom tresku.

"Bolo to také vzrušujúce, že som tam bol, keď v údajoch videl hydrid hélia prvýkrát."

Rolf Guesten, Inštitút Maxa Plancka pre Radio Astronomy, hlavný autor.

Môžete si predstaviť momentku raného vesmíru niekde asi 100 000 rokov po Veľkom tresku. Bolo veľmi horúco a obývali ho iba vodík, hélium a ten malý kúsok lítia. Predtým, ako sa mohla atómová populácia vesmíru diverzifikovať, museli sa vytvoriť hviezdy. Akonáhle sa to začalo ochladiť, podmienky začali zrieť, aby sa vytvorili hviezdy.

Muselo sa však stať aj niečo iné. Chladenie vesmíru nestačilo na to, aby sa vytvorili hviezdy. Musel sa vytvoriť molekulárny vodík, pretože hviezdy sú vyrobené prevažne z molekulárneho vodíka, a nie z jednoduchého atómového vodíka vytvoreného Veľkým treskom. (Vedci to nenazývajú jednoduchým vodíkom, ale iba vodíkovým atómom.)

Väčšina vodíka vo vesmíre je molekulárny vodík.
Ale jediný atóm vodíka je v dnešnom vesmíre zriedkavý, pretože je to voľný radikál a je skutočne reaktívny. Molekulárny vodík je molekula, v ktorej sú spolu viazané dva atómy vodíka. Pozostáva z dvoch protónov a dvoch elektrónov a je veľmi stabilný. Vo vesmíre sú obrovské mraky molekulárneho vodíka a hviezdy z týchto mrakov.

Problém na začiatku vesmíru bol, aj keď sa veci ochladzovali, molekulárny vodík sa nemohol sám vytvoriť. Podľa teórie, jednoduchý vodík potreboval interagovať so špecifickou molekulou skôr, ako sa mohla vytvoriť, a táto molekula bola hydrid hélia. Táto interakcia bola prvým krokom v chémii vesmíru.

"Nedostatok dôkazov o samotnej existencii hydridu hélia v medzihviezdnom priestore bola pre astronómiu už desiatky rokov dilemou."

Rolf Guesten, Inštitút Maxa Plancka pre Radio Astronomy, hlavný autor

Aj keď teória hovorila, že hydrid hélia musí existovať, a hoci bol vytvorený v laboratóriu v roku 1925, nikdy nebol videný vo vesmíre. Je to veľmi morená molekula, pretože jedným z jej atómov je hélium, vzácny plyn. A vzácne plyny sa veľmi zdráhajú reagovať s inými atómami.

Ale teraz to našli.

V príspevku uverejnenom 17. apríla v časopise Nature vedci načrtli, ako objavili nepolapiteľný hélium hydrid v
planetárna hmlovina s názvom NGC 7027. Používali SOFIA alebo NASA
Stratosférické observatórium pre infračervenú astronómiu. SOFIA je konvertovaný Boeing 747SP, ktorý letí vo vysokých nadmorských výškach nad atmosférickou interferenciou, aby vykonával pozorovania.

Už od 70. rokov 20. storočia si vedci mysleli, že NGC 7027 má potrebné podmienky na existenciu hydridu hélia. Pomocou SOFIA a nemeckého prístroja GREAT (nemecký prijímač pri Terahertzových frekvenciách) testovali NGC 7027 a hľadali nepolapiteľnú molekulu.

Hlavným autorom príspevku je Rolf Guesten z Inštitútu Maxa Plancka pre Radio Astronomy v nemeckom Bonne. „Chýbajúce dôkazy o samotnej existencii hydridu hélia v medzihviezdnom priestore boli pre astronómiu už desiatky rokov dilemou,“ uviedol Hosť.

Planetárna hmlovina, na ktorej vedci zistili, že má vhodné podmienky na vytvorenie hydridu hélia. Starnúca hviezda vydala správne teplo a ultrafialové žiarenie, aby sa molekula mohla vytvoriť. Ale pozerať sa dovnútra sa ukázalo, že hmlovina je veľmi ťažká. Zadajte SOFIA a VEĽKÉ.

SOFIA je ako hybrid medzi pozemným a vesmírnym teleskopom. Od svojho výhodného miesta na 45 000 stôp je bez väčšej časti atmosférickej interferencie Zeme, podobne ako vesmírny teleskop. Ale je to flexibilnejšie. Pristáva medzi misiami a jeho prístrojové vybavenie sa dá zmeniť alebo prispôsobiť skôr ako pozemná teleskopická nádoba.

V tomto prípade bol nemecký VEĽKÝ nástroj integrovaný do SOFIA v roku 2011. A v tomto výskume sa ukázalo byť kľúčovým.

„Dokážeme zmeniť prístroje a nainštalovať najnovšie technológie,“ uviedla Naseem Rangwala, zástupkyňa vedúceho projektu SOFIA. „Táto flexibilita nám umožňuje zlepšovať pozorovania a odpovedať na najnaliehavejšie otázky, na ktoré chcú vedci odpovedať.“

V roku 2016 vedci začali používať SOFIA a GREAT na testovanie NGC 7027 na nepolapiteľný héliový hydrid. Každá molekula interaguje so svetlom na svojej vlastnej frekvencii a GREAT bol naladený na frekvenciu hydridu hélia, podobne ako naladenie rádia na konkrétnu stanicu. A nakoniec mali šťastie.

"Bolo to také vzrušujúce, že som tam bol, keď v údajoch videl hydrid hélia prvýkrát." Toto prináša dlhé hľadanie k šťastnému koncu a vylučuje pochybnosti o našom chápaní základnej chémie raného vesmíru.

Rolf Guesten, Inštitút Maxa Plancka pre Radio Astronomy, hlavný autor

"Bolo to také vzrušujúce, že som tam bol, keď som v údajoch videl hydrid hélia prvýkrát," povedal Guesten. "Toto prináša dlhé hľadanie k šťastnému koncu a vylučuje pochybnosti o našom chápaní základnej chémie raného vesmíru."

Toto je šťastný koniec jednej z najdlhších otázok astronómie. Úspešným záverom hľadania hydridu hélia je pekné víťazstvo pre naše teórie podrobne popisujúce vývoj vesmíru.

Ak ste priatelia s vedcom, choďte si kúpiť pivo a ukážte nejaké ocenenie za ich tvrdú prácu!