Новый эксперимент, воссоздающий условия ранней Вселенной, заставляет пересмотреть фундаментальные представления о формировании первых звезд. В исследовании, опубликованном 24 июля в журнале Astronomy and Astrophysics, ученые успешно воспроизвели образование первой молекулы во Вселенной и обнаружили, что ее реакции не замедляются при низких температурах. Этот результат прямо противоречит существовавшим теориям и указывает на необходимость «переоценки химии гелия в ранней Вселенной».
Космическая история началась 13,8 миллиарда лет назад с Большого взрыва. В первые секунды после него сверхвысокие температуры упали достаточно для образования первых элементов — водорода и гелия. Спустя сотни тысяч лет Вселенная остыла еще сильнее, что позволило атомам объединяться с электронами и формировать первые молекулы.
Первой молекулярной частицей во Вселенной стал гидрид-ион гелия (HeH+). Эта молекула является необходимой ступенью для образования молекулярного водорода — самого распространенного сейчас вещества во Вселенной. Оба соединения, HeH+ и молекулярный водород, играли ключевую роль в зарождении первых звезд, которое произошло через сотни миллионов лет после Большого взрыва.
Формирование звезд начинается с термоядерного синтеза, процесса, который требует столкновения атомов и молекул с выделением тепла. Однако этот процесс столкновений становится неэффективным при температурах ниже 10 000°C (18 000°F). Именно здесь проявляется уникальная роль гидрид-иона гелия.
Гидрид-ион гелия способен поддерживать процесс энерговыделяющих столкновений даже при очень низких температурах, обходя стандартные температурные ограничения. Это означает, что количество HeH+ в молодой Вселенной напрямую влияло на скорость и эффективность формирования первых протозвезд.
Чтобы проверить это, исследователи из Института ядерной физики Макса Планка в Германии провели эксперимент, имитирующий реакции HeH+ в условиях раннего космоса. Команда, соавтором которой выступил Хольгер Крекель, поместила ионы гидрида гелия в специальную ловушку.
Затем ионы были охлаждены до экстремальной температуры минус 267°C (минус 449°F) и удерживались в таком состоянии до 60 секунд. После этого охлажденные ионы заставили столкнуться с тяжелым водородом. Целью было изучить, как меняется скорость реакции в зависимости от температуры частиц.
Результаты эксперимента оказались неожиданными. Скорость реакций между частицами не снижалась при понижении температуры. Это открытие прямо опровергает прежние теоретические модели, которые предсказывали «значительное снижение вероятности реакции при низких температурах».
Данное открытие фундаментально меняет понимание химических процессов в раннем космосе. Как заключили авторы, реакции с участием гидрид-иона гелия, «по-видимому, были гораздо более важными для химии в ранней Вселенной, чем предполагалось ранее».
Изображение носит иллюстративный характер
Космическая история началась 13,8 миллиарда лет назад с Большого взрыва. В первые секунды после него сверхвысокие температуры упали достаточно для образования первых элементов — водорода и гелия. Спустя сотни тысяч лет Вселенная остыла еще сильнее, что позволило атомам объединяться с электронами и формировать первые молекулы.
Первой молекулярной частицей во Вселенной стал гидрид-ион гелия (HeH+). Эта молекула является необходимой ступенью для образования молекулярного водорода — самого распространенного сейчас вещества во Вселенной. Оба соединения, HeH+ и молекулярный водород, играли ключевую роль в зарождении первых звезд, которое произошло через сотни миллионов лет после Большого взрыва.
Формирование звезд начинается с термоядерного синтеза, процесса, который требует столкновения атомов и молекул с выделением тепла. Однако этот процесс столкновений становится неэффективным при температурах ниже 10 000°C (18 000°F). Именно здесь проявляется уникальная роль гидрид-иона гелия.
Гидрид-ион гелия способен поддерживать процесс энерговыделяющих столкновений даже при очень низких температурах, обходя стандартные температурные ограничения. Это означает, что количество HeH+ в молодой Вселенной напрямую влияло на скорость и эффективность формирования первых протозвезд.
Чтобы проверить это, исследователи из Института ядерной физики Макса Планка в Германии провели эксперимент, имитирующий реакции HeH+ в условиях раннего космоса. Команда, соавтором которой выступил Хольгер Крекель, поместила ионы гидрида гелия в специальную ловушку.
Затем ионы были охлаждены до экстремальной температуры минус 267°C (минус 449°F) и удерживались в таком состоянии до 60 секунд. После этого охлажденные ионы заставили столкнуться с тяжелым водородом. Целью было изучить, как меняется скорость реакции в зависимости от температуры частиц.
Результаты эксперимента оказались неожиданными. Скорость реакций между частицами не снижалась при понижении температуры. Это открытие прямо опровергает прежние теоретические модели, которые предсказывали «значительное снижение вероятности реакции при низких температурах».
Данное открытие фундаментально меняет понимание химических процессов в раннем космосе. Как заключили авторы, реакции с участием гидрид-иона гелия, «по-видимому, были гораздо более важными для химии в ранней Вселенной, чем предполагалось ранее».
