Дослідникам вдалося змоделювати ключові хімічні реакції, які відбувалися в перші миті існування Всесвіту. Результати їхньої роботи можуть пролити світло на процеси формування перших зірок.
Щоб дізнатись останні новини, слідкуйте за нашим каналом Google News онлайн або через застосунок.
Після Великого вибуху, що стався близько 13,8 млрд років тому, Всесвіт був надзвичайно гарячим і щільним. Протягом кількох секунд температура знизилася настільки, що дозволила субатомним частинкам об’єднатися в ядра перших елементів – гідрогену (водню) та гелію. У той період електрони ще не були зв’язані з ядрами. Лише через приблизно 380 тис. років після Великого вибуху температура впала до рівня, за якого стало можливим формування нейтральних атомів – цей етап відомий як рекомбінація. Саме тоді електрони почали приєднуватися до ядер, запускаючи перші хімічні реакції.
Однією з перших молекул, що виникли у Всесвіті, був іон гідриду гелію (HeH+), який утворювався внаслідок взаємодії нейтрального атома гелію з протоном – ядром атома водню. Утворення цієї молекули започаткувало ланцюг реакцій, які зрештою призвели до формування найпоширенішої молекули у Всесвіті – молекулярного водню (H2).
Після рекомбінації настав період так званих “космічних темних віків”, коли простір став прозорим для світла, але джерела світла – зірки – ще не сформувалися. Лише через сотні мільйонів років перші зорі почали освітлювати Всесвіт.
На початкових етапах саме прості молекули, як-от HeH+ та H2, відіграли ключову роль у формуванні зірок. Щоб зоря могла народитися, газова хмара мала втратити тепло і стиснутися під дією гравітації, запустивши термоядерні реакції. Однак при температурах нижче 10000 °C атоми водню вже неефективно випромінюють енергію. У такому середовищі саме молекули, здатні обертатися й вібрувати, беруть на себе функцію охолодження.
Іон HeH+, завдяки наявності дипольного моменту, виявився особливо ефективним для розсіювання тепла за низьких температур. Саме тому його роль у ранній хімії та формуванні перших зірок розглядається як потенційно вирішальна. Концентрація HeH⁺ у ранньому Всесвіті могла безпосередньо впливати на ефективність цього процесу.
У ті часи головним шляхом розпаду HeH+ були зіткнення з нейтральними атомами водню. У результаті утворювалися нейтральний гелій та іон H2+, який у подальших реакціях із воднем трансформувався на молекулу H2 і протон.
Нещодавно науковцям уперше вдалося змоделювати ці реакції в лабораторних умовах, максимально наближених до умов раннього Всесвіту. Вони дослідили взаємодію HeH+ з дейтерієм – ізотопом водню, у якому, крім протона, в ядрі присутній нейтрон. У цій реакції, замість H2+, утворюється іон HD+ і нейтральний атом гелію.
У процесі вивчення вчені визначили, як змінюється частота зіткнень залежно від енергії (тобто температури). Виявилося, що на відміну від попередніх теоретичних прогнозів, реакція HeH+ з дейтерієм не сповільнюється при зниженні температури – її швидкість залишається стабільною.
Це відкриття свідчить про те, що роль іона HeH+ у хімії раннього Всесвіту могла бути значно важливішою, ніж вважалося раніше.
Читайте також:
- Вчені вперше зняли на відео рух атомів в 2D-матеріалах
- Прорив у напівпровідниках: німецькі вчені створили матеріал, “якого не було в природі”