Когда-то температура молодой Вселенной снизилась до уровня ниже 4000 К. Тогда элементы, которые образовались во время Большого взрыва, начали объединяться, образуя электрически нейтральные атомы. В науке это называется «процесс рекомбинация». Ионы гелия He2+ и He+ первыми объединились со свободными электронами. Позже начал образовываться водород. В этой безметалловой (в астрономии понятие металлов — всё, что тяжелее водорода и гелия) среде с низкой плотностью была создана почва для образования первой молекулярной связи во Вселенной: иона гидридогелия (1+) HeH+.
По мере рекомбинации возможный распад HeH+ проложил путь к образованию молекулярного водорода. Это самая распространенная молекула в современной Вселенной. Несмотря на свою важность, при моделировании химической эволюции ранней Вселенной, HeH+ никогда ранее не обнаруживался в межзвездном пространстве. Читайте, чтобы узнать, как астрономы нашли первую молекулу во Вселенной.
Находка ионов HeH+ с помощью летающей обсерватории
Когда астрономы ищут определенные особенности в спектрах туманностей или других астрофизических объектов, то часто обнаруживают различные молекулы в межзвездном пространстве. Однако в случае с HeH+ ситуация куда интереснее. Его поиски осложнены атмосферой Земли, а именно наличием в ней озона и воды. Чтобы преодолеть эти ограничения, учёные прибегли к использованию летающей обсерватории SOFIA.
Обсерватория SOFIA — это самолёт Boeing 747SP, который модифицирован для установки на его борту 2,5-метрового телескопа-рефлектора. Самолёт летает на высотах около 11-14 км. Это выше той части атмосферы, которая на 99% блокирует инфракрасное излучение (ИК) Земли. На такой высоте небо становится прозрачным в ИК, а перед астрономами предстаёт новое окно в мир инфракрасной Вселенной.
Наблюдения ионов HeH+ в планетарной туманности NGC 7027
Авторы исследования искали HeH+ в соседней планетарной туманности NGC 7027. Она состоит из центральной звезды, которая когда-то была звёздным ядром, а сейчас превращается в белого карлика. Ещё туманность состоит из окружающей её светящихся и расширяющихся оболочек из ионизированного газа. NGC 7027 — это молодая туманность, ей всего 600 лет, а газовые оболочки ещё достаточно плотные. Центральная звезда в NGC 7027 в 30 раз горячее нашего Солнца и в 10 000 раз ярче. Излучение, которое она создаёт, в сочетании с высокой плотностью водорода и гелия позволяет сформироваться некоторому количеству HeH+. В рамках трех полётов в мае 2016 года стратосферная обсерватория SOFIA в течение 71 минуты наблюдала за NGC 7027.
Новый способ взглянуть в прошлое
Химические модели ранней Вселенной опирались на присутствие иона гидрида гелия, чтобы сформировать молекулярный водород. Это основной материал для образования первых звёзд. Невозможность обнаружить HeH+ ставило под сомнение понимание химии в моделях ранней Вселенной. Сегодня можно говорить об успешном завершении десятилетий поисков.
Источник: astrobites.org
Перевод: Артур Арушанян
