Πέμπτη, 18 Απριλίου 2019

Το πρώτο μόριο που υπήρξε ποτέ στο σύμπαν. Elusive molecule, first in Universe, detected in space

Αμερικανοί και Γερμανοί επιστήμονες, έπειτα από δεκαετίες αναζήτησης, ανακάλυψαν για πρώτη φορά στο διάστημα το πρώτο μόριο που σχηματίσθηκε ποτέ στο σύμπαν. Illustration of planetary nebula NGC 7027 and helium hydride molecules. In this planetary nebula, SOFIA detected helium hydride, a combination of helium (red) and hydrogen (blue), which was the first type of molecule to ever form in the early universe. This is the first time helium hydride has been found in the modern universe. Credit: NASA/SOFIA/L. Proudfit/D.Rutter

Αμερικανοί και Γερμανοί επιστήμονες, έπειτα από δεκαετίες αναζήτησης, ανακάλυψαν για πρώτη φορά στο διάστημα το πρώτο μόριο που σχηματίσθηκε ποτέ στο σύμπαν. Πρόκειται για το υδρίδιο του ηλίου, η «υπογραφή» του οποίου ανιχνεύθηκε στον γαλαξία μας με τη βοήθεια του μεγαλύτερου στον κόσμο αερομεταφερόμενου επιστημονικού εργαστηρίου, του Στρατοσφαιρικού Παρατηρητηρίου για Υπέρυθρη Αστρονομία (SOFIA) της Αμερικανικής Διαστημικής Υπηρεσίας (NASA) και του Γερμανικού Αεροδιαστημικού Κέντρου.

The GREAT far-infrared spectrometer is mounted to the telescope flange of the flying observatory SOFIA, inside the pressurized cabin.
The GREAT far-infrared spectrometer is mounted to the telescope flange of the flying observatory SOFIA, inside the pressurized cabin. © Carlos Duran/MPIfR.

Το αεροσκάφος-παρατηρητήριο SOFIA -ένα τροποποιημένο Boeing 747SP- πετάει περίπου 14.000 μέτρα πάνω από την επιφάνεια της Γης και τα ευαίσθητα όργανα του στοχεύουν στο διάστημα, απαλλαγμένα από τις παρεμβολές της χαμηλότερης ατμόσφαιρας. Με τρόπο αυτό βρέθηκε το υδρίδιο του ηλίου σε ένα μικρό αλλά φωτεινό πλανητικό νεφέλωμα (NGC 7027) ηλικίας περίπου 600 ετών, το απομεινάρι ενός άστρου σαν τον Ήλιο μας, σε απόσταση 3.000 ετών φωτός από τη Γη, κοντά στον αστερισμό του Κύκνου. Στο νεφέλωμα αυτό οι συνθήκες (υπεριώδης ακτινοβολία και θερμότητα) είναι κατάλληλες για να σχηματισθεί το συγκεκριμένο μόριο.

Spectrum of HeH+ as observed with GREAT on board of SOFIA towards the planetary nebula NGC 7027.  In the underlying image from the Hubble/NICMOS camera, the sharp transition zone between the ionized HII region (white-yellow) and the cool envelope (red colour) is nicely visible. It is in this ionization front where HeH+ is formed (marked by an artist’s concept of the molecular structure). The sky area covered by the GREAT instrument with a size of 14.3 arcsec includes most of the nebula’s emission. The spectral line width of the HeH+ profile is determined by the motion of the expanding envelope. © Composition: NIESYTO design; Image NGC 7027: William B. Latter (SIRTF Science Center/Caltech) and NASA/ESA; Spectrum: Rolf Güsten/MPIfR (Nature, April 18, 2019)

Όταν το σύμπαν είχε πολύ νεαρή ηλικία και ήταν καυτό, υπήρχαν μόνο ελάχιστα είδη ατόμων, κυρίως υδρογόνου και ηλίου. Περίπου 100.000 χρόνια μετά την αρχική «Μεγάλη Έκρηξη», καθώς η θερμοκρασία είχε πλέον πέσει στους 3.700 βαθμούς Κελσίου, εκτιμάται ότι ένα άτομο ηλίου και ένα άτομο υδρογόνου συνδυάσθηκαν, δημιουργώντας τον πρώτο χημικό δεσμό, για να φτιάξουν το μόριο του υδριδίου του ηλίου. Το εν λόγω θετικά φορτισμένο μόριο (HeH+) υπάρχει και σήμερα σε ορισμένα μέρη του σύμπαντος, αλλά ποτέ έως τώρα δεν είχε εντοπισθεί, παρόλο που άλλα μεγαλύτερα οργανικά μόρια είχαν βρεθεί.

Η ανακάλυψη αποδεικνύει την ύπαρξη του στο διάστημα, η οποία έως σήμερα ήταν θεωρητική. Επιβεβαιώνεται έτσι είναι σωστή η κατανόηση των επιστημόνων για την απλή χημεία του πρώιμου σύμπαντος και πώς αυτή εξελίχθηκε στην πορεία δισεκατομμυρίων ετών στη σημερινή πολύπλοκη χημεία του.

Όταν σταδιακά τα άτομα δημιούργησαν τα πρώτα μόρια, το σύμπαν τελικά έριξε τη θερμοκρασία του. Τότε άτομα υδρογόνου μπόρεσαν να αλληλεπιδράσουν με το μόριο του υδριδίου του ηλίου και να δημιουργήσουν για πρώτη φορά το μοριακό υδρογόνο, το βασικό μόριο που είναι υπεύθυνο για τη δημιουργία των πρώτων άστρων. Με τη σειρά τους, τα άστρα σχημάτισαν στο εσωτερικό τους όλα τα άλλα χημικά στοιχεία που απαρτίζουν το σημερινό κόσμο.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον Ρολφ Γκούεστεν του γερμανικού Ινστιτούτου Ραδιοαστρονομίας Μαξ Πλανκ στη Βόννη, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature».

«Το μόριο κρυβόταν κάπου εκεί έξω, αλλά χρειαζόμασταν τα κατάλληλα όργανα για να κάνουμε τις σωστές παρατηρήσεις και η SOFIA ήταν σε τέλεια θέση για να κάνει κάτι τέτοιο», δήλωσε ο Γιορκ Χάρολντ Γιορκ, διευθυντής του Κέντρου Επιστήμης SOFIA στη Σίλικον Βάλεϊ της Καλιφόρνια.

Το ήλιο είναι ένα ευγενές αέριο που είναι απίθανο να συνδυασθεί με άλλο είδος ατόμου. Όμως το 1925 οι επιστήμονες κατάφεραν για πρώτη φορά να δημιουργήσουν στο εργαστήριο τους το μόριο του υδριδίου του ηλίου, «χειραγωγώντας» το ήλιο να μοιραστεί ένα από τα ηλεκτρόνια του με ένα ιόν υδρογόνου.

Scientists on the airborne observatory SOFIA detected the first type of molecule that ever formed in the universe. They found the combination of helium and hydrogen, called helium hydride, in a planetary nebula near the constellation Cygnus. This discovery confirms a key part of our basic understanding of the early universe and how it evolved over billions of years into the complex chemistry of today. Credits: NASA/Ames Research Center

Ακολούθησε η προσπάθεια να βρεθεί το ίδιο μόριο στο διάστημα και από τη δεκαετία του 1970 το συγκεκριμένο νεφέλωμα NGC 7027 είχε αποτελέσει στόχο των ερευνών, έως την τελική δικαίωση των επιστημόνων. «Είναι συναρπαστικό που για πρώτη φορά επιτέλους το είδαμε στο διάστημα. Αυτή είναι η ευτυχής κατάληξη σε μια μακρά έρευνα και διαλύει τις αμφιβολίες σχετικά με την κατανόηση μας για τις χημικές διεργασίες στο πρώιμο σύμπαν», δήλωσε ο Γκούεστεν.

Πάντως άλλοι επιστήμονες επεσήμαναν ότι καθώς βρέθηκε μόνο μια «υπογραφή» του πρωταρχικού μορίου, πρέπει για επιβεβαίωση να βρεθεί τουλάχιστον άλλη μία σε άλλο σημείο του σύμπαντος.