Новые открытия о первой молекуле Вселенной раскрывают большую роль в формировании ранних звёзд.

Недавние исследования переписывают наше понимание образования первых звезд.

В недавнем открытии исследователи из Института ядерной физики Макса Планка (MPI) в Гейдельберге обнаружили неожиданное поведение гелий-гидроксида (HeH<0xE2><0x81><0xBA>), старейшей известной молекулы во Вселенной.

Долгое время считалось, что при очень низких температурах молекула HeH<0xE2><0x81><0xBA> становится химически инертной — это условия, напоминающие раннюю Вселенную. Однако эксперименты показали прямо противоположное: несмотря на экстремально низкие температуры, гелий-гидроксид оставался активным в реакциях с нейтральными атомами дейтерия.

Для изучения поведения этой древней молекулы сразу после Большого взрыва учёные воссоздали условия ранней Вселенной в криогенном кольцевом накопителе (CSR) в Гейдельберге — единственном подобном устройстве в мире, имитирующем космическое пространство при температурах всего на несколько градусов выше абсолютного нуля.

При столкновении хранившихся ионов HeH<0xE2><0x81><0xBA> с пучком атомов дейтерия учёные впервые смогли наблюдать скорости реакции молекулы при ультрахолодных температурах. Это позволило понять процессы, которые происходили сразу после образования Вселенной.

HeH<0xE2><0x81><0xBA> — простейшая молекула из атома гелия и протона, она была сформирована вскоре после Большого взрыва и положила начало химическим связям в космосе, став основой для последующего формирования молекулярного водорода (H₂), основного источника энергии звёзд.

До сих пор считалось, что HeH<0xE2><0x81><0xBA> играет пассивную роль в охлаждении протозвездного газа, но новые экспериментальные данные ставят это утверждение под сомнение. В результате исследования выяснилось, что вместо ожидаемого уменьшения активности при понижении температуры реакции между HeH<0xE2><0x81><0xBA> и дейтерием остаются удивительно стабильными — это противоречит предыдущим моделям.

“Мы не смогли подтвердить предсказания прежних теорий о значительном снижении вероятности реакций при низких температурах ни в экспериментах, ни в новых теоретических расчётах наших коллег”, — рассказывает доктор Хольгер Крекель из MPI.

Этот вывод имеет важное значение для понимания того периода молодой Вселенной, который называют космическим мраком, когда молекулы вроде HeH<0xE2><0x81><0xBA> были ключевыми участниками охлаждения первобытного газа. Эффективное охлаждение необходимо для гравитационного сжатия газовых облаков и последующего формирования звёзд.

Водород один не может эффективно выделять тепло при температурах ниже 10,000°C, поэтому молекулы с дипольными моментами, такие как HeH<0xE2><0x81><0xBA>, играют критическую роль в излучении энергии через радиацию. Кроме того, эти молекулы разрушаются при столкновениях с атомами водорода и приводят к образованию ионов, которые впоследствии способствуют формированию молекулярного водорода.

Результаты исследования также выявили недостатки старых теоретических моделей, где была обнаружена ошибка в поверхности потенциальной энергии, используемой для предсказания поведения HeH<0xE2><0x81><0xBA>. Исправление этой ошибки позволило согласовать теоретические расчёты с экспериментальными данными, улучшая наше понимание ранней химии Вселенной.

Эти открытия пересмотрят роль гелий-гидроксида как важного участника процесса формирования звезд вместо пассивного наблюдателя!