Oamenii de știință au „aruncat” cu deuteriu în cea mai veche moleculă din Univers și au descoperit ceva ce ar putea schimba fundamental modelele noastre despre zorii timpului.
Cum au apărut primele molecule din Universul timpuriu
Imediat după Big Bang, Universul era o supă incredibil de fierbinte și densă de particule. În doar câteva secunde, s-a răcit suficient pentru a permite formarea primelor elemente, în principal hidrogen ionizat și heliu. Apoi, după aproximativ 380.000 de ani, temperatura a scăzut destul pentru ca aceste elemente să captureze electroni și să devină primii atomi neutri.
Acest moment a deschis calea către o eră mult mai interesantă: primele reacții chimice. Scena era pregătită pentru apariția primei molecule din Univers: ionul de hidrură de heliu (HeH⁺), format dintr-un atom de heliu și un nucleu de hidrogen.
„Primele molecule s-au format prin procesul de asociere radiativă H⁺ + He → HeH⁺ + hν”, explică echipa în studiul publicat. Ulterior, au apărut și alte molecule simple, precum H₂, H₃⁺, și chiar variante care conțineau deuteriu, conform IFL Science.
În această fază timpurie, HeH⁺ și hidrogenul molecular (H₂) au jucat un rol esențial. Acestea au ajutat la răcirea norilor de gaz protostelari, permițându-le să se contracte sub propria gravitație și să aprindă primele stele. Fără aceste molecule, răcirea nu ar fi fost posibilă.
„Simulările au arătat că existența moleculelor este crucială în această etapă”, notează cercetătorii. Atomii singuri nu puteau disipa căldura suficient de eficient la temperaturi sub 10.000 K. În schimb, moleculele, cu modurile lor de vibrație și rotație, puteau elibera energie sub formă de fotoni, permițând o răcire mult mai accentuată. Datorită momentului său dipolar substanțial, HeH⁺ era un candidat perfect pentru acest proces.
Un experiment surprinzător contrazice teoriile
Pentru a testa acest model, o echipă de cercetători a recreat condițiile din Universul timpuriu într-un laborator. Folosind fascicule de particule, au bombardat molecule de HeH⁺ cu deuteriu la temperaturi variabile, simulate prin ajustarea vitezei de coliziune.
Spre surprinderea tuturor, rezultatele au contrazis predicțiile. Teoria spunea că viteza de reacție ar trebui să scadă dramatic la temperaturi foarte joase, dar experimentul a arătat că aceasta a rămas constantă.
„Teoriile anterioare prevedeau o scădere semnificativă a probabilității de reacție la temperaturi scăzute, dar nu am putut verifica acest lucru nici în experiment, nici în noile calcule teoretice ale colegilor noștri. Reacțiile HeH⁺ cu hidrogenul neutru și deuteriu par să fi fost mult mai importante pentru chimia din universul timpuriu decât se presupunea anterior.”, a declarat dr. Holger Kreckel de la Institutul Max Planck pentru Fizică Nucleară.
Această descoperire are implicații profunde. Dacă HeH⁺ a fost mai rezistent și mai reactiv decât se credea, atunci întreaga chimie a Universului timpuriu ar putea necesita o reevaluare.
„În combinație cu descoperirea actuală, este evident că reacțiile HeH⁺ cu hidrogenul atomic sunt mai importante pentru abundența moleculară primordială decât se credea anterior”, concluzionează echipa de cercetare. Acest lucru înseamnă că modelele noastre despre formarea primelor stele și galaxii, precum și observațiile recente ale HeH⁺ în nebuloasele planetare, ar putea avea nevoie de o actualizare serioasă.
Studiul a fost publicat în revista Astronomy & Astrophysics.
