Ученые Университета Джонса Хопкинса в США обнаружили в космосе ион гидрида гелия HeH+, который считается самой первой молекулой, образовавшейся в течение ста тысяч лет после Большого взрыва. Долгое отсутствие свидетельств о существовании этого соединения в космосе ставило под вопрос текущее понимание процессов, происходящих на ранних стадиях эволюции Вселенной. Статья астрономов опубликована в журнале Nature.
Исследователи обнаружили спектральные линии HeH+ в направлении планетарной туманности NGC 7027 при наблюдении с помощью стратосферного телескопа SOFIA на борту самолета Boeing 747SP (на высоте около 14 километров). На астрономическом инструменте установлен прибор GREAT — спектрометр терагерцового излучения высокого разрешения. Он смог охватить область неба размером 14,3 угловых секунды и получить спектры излучения, которое интенсивно поглощается атмосферой Земли и недоступно для наземных обсерваторий.
Показано, что ион гидрида гелия образуется в переходной зоне между областью ионизированного водорода и относительно холодной оболочкой туманности. Это открытие подтверждает ключевые представления ученых о химических реакциях, приведших к появлению первых химических соединений во Вселенной, включая молекулярный водород — самый распространенный газ в межзвездной среде.
Считается, что когда температура Вселенной опустилась ниже четырех тысяч кельвинов, ионы легких элементов начали рекомбинировать в порядке, обратном их потенциалу ионизации, то есть той работе, которую нужно затратить для удаления электрона из атома. Таким образом, ионы гелия с высоким потенциалом ионизации первыми рекомбинировали со свободными электронами и формировали первые нейтральные атомы. В свою очередь, атомы гелия формировали первую во Вселенной химическую связь с положительными ионами водорода (протонами), образуя ион гидрида гелия.
Дальнейшая рекомбинация привела к разрушению HeH+ и образованию молекулярного водорода. Однако несмотря на значительную роль в химической эволюции Вселенной, ион гидрида гелия, открытый в лаборатории в 1925 году, до сих пор не обнаруживался в космическом пространстве, что представляло собой серьезную проблему для астрономии. В то же время теоретические работы указывали на его возможное формирование в планетарных туманностях, образующихся при отделении внешних газовых оболочек красных гигантов.