A legrégebbi molekula születése
A világegyetem első molekulája a hélium-hidrid ion (HeH+) volt, amely semleges héliumatomból és ionizált hidrogénmagból keletkezett. Ez a folyamat indította el azt a láncreakciót, amely végül a molekuláris hidrogén (H2) kialakulásához vezetett – ez napjainkig a legnagyobb mennyiségben megtalálható molekula a világegyetemben.
Érdemes megemlíteni, hogy a semlegesedés utáni úgynevezett „sötét korszakban” még nem léteztek fényt kibocsátó objektumok, például csillagok. Az első csillagok csak több százmillió évvel később alakulhattak ki.
A molekulák szerepe és a lehűlés
A csillagok kialakulása szempontjából elengedhetetlen volt az olyan egyszerű molekulák, mint a HeH és a H2 jelenléte. Egy protocsillag kialakulásához a gáznak el kell tudnia veszíteni a hőt: ezt atomok és molekulák ütközései során, fotonok kibocsátásával képes megtenni. 10 000 Celsius-fok alatt azonban a domináns hidrogénatomok már nem tudnak hatékonyan hűteni – további hőleadásra csak olyan molekulák képesek, amelyek forgási vagy rezgési módokon sugároznak ki energiát. A hélium-hidrid ion ezen a hőmérsékleten kiemelkedően hatékony, így jelentős szerepet játszhatott a legelső csillagok létrejöttében.
Kísérleti áttörés
A német Max-Planck-Institut für Kernphysik kutatói sikeresen újraalkották ezt a létfontosságú reakciót laboratóriumi körülmények között. A HeH+ molekula reakcióját deutériummal – a hidrogénnél eggyel nehezebb izotóppal – vizsgálták. Az eredmény: semleges héliumatom mellett HD ion keletkezett, ami fontos információkat szolgáltat a korai univerzum kémiai folyamatairól.
Az egyedülálló, 35 méter átmérőjű iontároló gyűrűben, -267 °C-on (néhány kelvin) tartva vizsgálták, hogyan változik az ütközési arány a részecskesugarak sebességének (és így a hőmérsékletnek) függvényében. Az eredmények azt mutatták, hogy a reakció sebessége alacsonyabb hőmérsékleten sem csökken – szemben a korábbi elméletekkel. Sőt, a kutatók új számításai is ezt igazolták.
Új elméletek és következtetések
Az új adatok alapján kiderült, hogy a korábbi modellben hibás potenciálfelületet használtak a reakció leírásához. Javított számításokkal most sikerült pontosan reprodukálni a laboratóriumi mérés eredményeit, ami áttörés a korai csillagok keletkezésének megértésében.
A fentiek tükrében a HeH+ és a molekuláris hidrogén koncentrációja kulcsfontosságú lehetett a legelső csillagok születéséhez, így közelebb kerültünk annak a 13 milliárd éves rejtélynek a feloldásához, hogy miként gyulladtak fel az univerzum első fényei.
