В туманности в в созвездии Лебедя астрономы нашли аналог удивительной первой молекулы Вселенной

19.04.2019 23:10 (Оновлено 28.04.2019 в 22:20)

Эту удивительную молекулу – гидрид гелия – правильнее называть молекулярным ионом, поскольку она несет положительный электрический заряд. Удивительное в ней то, что она состоит из атома гелия и положительного иона водорода. Гелий, благородный газ с заполненной электронной оболочкой потому и называется благородным, что не соединяется ни с каким элементом. Как же в космосе образовалась почти невероятная молекула?

В первые мгновения своего существования Вселенная очень быстро расширялась и очень быстро остывала. Всего через 10 секунд после Большого взрыва начался процесс первичного нуклеосинтеза. Когда через 20 минут температура упала настолько, что образование атомных ядер закончилось, первичная плазма по массе состояла на 75 процентов из ядер водорода, на 25 процентов – из гелия-4, и примерно по 0,01 процента приходилось на дейтерий и гелий-3. Ядра остальных элементов: лития, бериллия и бора тоже образовались, но в ничтожно малых долях.

Когда температура упала примерно до 4000 кельвинов, в первичной плазме начали образовываться нейтральные атомы, причем из-за бо́льшего потенциала ионизации первыми нейтральными атомами стали атомы гелия. Именно в это время возникли условия для появления первой молекулы, гидрида гелия HeH⁺. Это удивительное соединение предельно нестойкое: в обычной химии гидрид гелия мог бы быть самой сильной кислотой – он мог вступать в реакцию с любыми нейтральными молекулами или атомами. В реакциях водорода с гидридом гелия образовались молекулярные ионы водорода H₂⁺, одной из основных форм материи в текущую эпоху.

В 1925 году гидрид гелия удалось получить в лаборатории, но в космической плазме его удалось обнаружить только сейчас. Наилучшим местом для поиска HeH⁺ ионизированные газовые облака. Именно такие условия есть в планетарных туманностях, то есть протяженные газовые оболочки, которые сбрасывают в конце эволюции похожие на Солнце звезды.

Планетарная туманность NGC 7027 Hubble, NASA, ESA

В планетарных туманностях интенсивное излучение предельно горячего компактного ядра туманности ионизирует все вещество в близкой окрестности, что создаст благоприятные условия для длительного существования гидрида гелия, которые в ином случае сразу бы прореагировал с любой молекулой или атомом. Именно там соединение и нашли — в молодой планетарной туманности NGC 7027 в созвездии Лебедя на расстоянии около 3000 световых лет от Земли.

Самая сильная из линий излучения гидрида гелия находится в терагерцовом диапазоне. Земная атмосфера в этом спектральном диапазоне непрозрачна, и группе ученых под руководством Рольфа Гюстена (Rolf Güsten) из Института радиоастрономии Общества Макса Планка пришлось использовать инфракрасную стратосферную обсерваторию SOFIA (NASA), расположенная на самолете Боинг 747SP, которая и зарегистрировала излучение гидрида гелия на длине волны 0,149 миллиметров.

Инфракрасная стратосферная обсерваторая SOFIA (NASA)

Открытие доказывает, что гидрид гелия может образовываться не только в лаборатории, и теория синтеза вещества в ранней Вселенной получила еще одно подтверждение.