بعد بضع مئات الآلاف من السنين من الإنفجار الكبير ، تبرد حساء الكون الحار والشباب في عالمنا بما يكفي لأصغر كتل الحياة للاندماج في الذرات لأول مرة. يوم واحد معتدل ، 6،700 درجة فهرنهايت في اليوم (3،700 درجة مئوية) ، ذرة هيليوم مغمورة على بروتون واحد - في الواقع أيون هيدروجين موجب الشحنة - وتم تشكيل أول جزيء للكون: هيدريد الهيليوم ، أو HeH +.
لقد درس العلماء إصدارات مختبرية من هذا الجزيء البدائي لما يقرب من قرن من الزمان ، لكنهم لم يجدوا آثارًا له في عالمنا الحديث - حتى الآن. في دراسة جديدة نُشرت اليوم (17 أبريل) في دورية Nature ، أفاد علماء الفلك عن استخدامهم تلسكوبًا محمولًا لاكتشاف دخان HeH + في سحابة الغاز حول نجم يموت على بعد 3000 سنة ضوئية.
ووفقًا للباحثين ، فإن هذا الاكتشاف ، الذي مضى عليه أكثر من 13 مليار عام ، يُظهر بشكل قاطع أن HeH + يتكون بشكل طبيعي في ظروف مشابهة لتلك الموجودة في الكون المبكر.
وكتب الفريق في الدراسة الجديدة "على الرغم من أن HeH + له أهمية محدودة على الأرض اليوم ، فإن كيمياء الكون بدأت مع هذا الأيون". "إن الكشف الذي لا لبس فيه الذي تم الإبلاغ عنه هنا يجلب بحثًا دام عقودًا إلى نهاية سعيدة أخيرًا."
الجزيء الأول في الكون
HeH + هو أقوى حمض معروف على الأرض وتم تصنيعه لأول مرة في مختبر في عام 1925. لأنه مصنوع من الهيدروجين والهيليوم - العنصران الأكثر وفرة في الكون والأول الذي يخرج من المفاعل النووي للانفجار الكبير 13.8 مليار منذ سنوات - تنبأ العلماء منذ فترة طويلة بأن الجزيء هو أول جزيء يتشكل عندما سمح الكون المبرد بالبروتونات والنيوترونات والإلكترونات جنبًا إلى جنب في الذرات.
لا يمكن للعلماء أن يعيدوا الكون للبحث عن هذا الجزيء الوليدة حيث ولد ، ولكن يمكنهم البحث عنه في أجزاء من الكون الحديث الذي يكرر تلك الظروف فائقة الكثافة - في السدم الصغيرة للغاز والبلازما التي تنفجر النجوم المحتضرة.
تتشكل هذه السدم الكوكبية عندما تصل النجوم الشبيهة بالشمس إلى نهاية حياتها ، تنفجر أصدافها الخارجية وتتقلص إلى الأقزام البيضاء لتبرد ببطء في كرات الكريستال. بينما تبرد تلك النجوم المحتضرة ، فإنها لا تزال تشع حرارة كافية لتجريد ذرات الهيدروجين القريبة من إلكتروناتها ، وتحويل الذرات إلى بروتونات عارية مطلوبة لتكوين + HH.
إن اكتشاف HeH + في أقرب السدم الكوكبية إلى الأرض أمر صعب ، لأنه يتوهج على طول موجة تحت الحمراء يسهل حجبها بواسطة الغلاف الجوي لكوكبنا. في الدراسة الجديدة ، قام الباحثون بالتجول حول هذا الضباب الجوي باستخدام تلسكوب عالي التقنية مثبت على طائرة متحركة تسمى SOFIA (مرصد الستراتوسفير لعلم الفلك بالأشعة تحت الحمراء).
على مدار ثلاث رحلات في عام 2016 ، درب الفريق تلسكوب SOFIA على سديم كوكبي يسمى NGC 7027 ، على بعد حوالي 3000 سنة ضوئية من الأرض. وكتب الباحثون أن النجم المركزي للسديم هو أحد أكثر النجوم شهرة في السماء ، ويقدر أنه ألقى غلافه الخارجي قبل نحو 600 عام فقط. نظرًا لأن السديم المحيط ساخن جدًا وشاب ومضغوط ، فهو مكان مثالي لصيد الأطوال الموجية HeH +. وفقا للباحثين ، هذا هو بالضبط المكان الذي وجدتهم فيه SOFIA.
وقال المؤلف المشارك للدراسة ديفيد نيوفيلد ، الأستاذ في جامعة جونز هوبكنز في بالتيمور ، في بيان "إن اكتشاف HeH + هو عرض درامي وجميل لميل الطبيعة إلى تكوين الجزيئات". "على الرغم من المكونات غير الواعدة المتوفرة ، فإن مزيجًا من الهيدروجين مع غاز الهيليوم النبيل غير المتفاعل ، وبيئة قاسية عند آلاف الدرجات المئوية ، يتشكل جزيء هش".
