Ученыкам удалось воссоздать химические процессы, характерные для периода сразу после Большого взрыва, имитировав условия, существовавшие в ранней Вселенной.
Флориан Грусси и его коллеги из Института ядерной физики Макса Планка (Германия) провели исследование, посвященное изучению иона гидрида гелия (HeH+), молекулы, состоящей из нейтрального атома гелия и иона водорода. Реакции, в которых участвует этот ион, являются отправной точкой для формирования молекулярного водорода (H₂), наиболее распространенного вещества во Вселенной и ключевого компонента для образования звезд. Полученные данные помогают лучше понять процессы, определившие современную структуру космоса.
Примерно 13,8 миллиардов лет назад Вселенная находилась в состоянии горячей и плотной плазмы, где экстремальные температуры препятствовали образованию атомов. Только через 380 тысяч лет, по мере остывания вещества, начали формироваться первые элементы — преимущественно водород (75%) и гелий (25%), а также незначительное количество лития.
Для формирования молекулярных облаков, являющихся местом рождения звезд, необходим был механизм охлаждения. Исследователи считают, что важную роль в этом процессе сыграл ион HeH+, характеризующийся большим дипольным моментом. В электрическом поле такая молекула способствует теплоотдаче, что, по теоретическим расчетам, позволило ранней Вселенной охладиться до температуры, необходимой для начала звездообразования.
Эксперимент был проведен в Криогенном накопительном кольце Института Макса Планка, которое позволяет воссоздавать условия, имитирующие глубокий космос — при температуре около -267°C, всего на несколько градусов выше абсолютного нуля. Ученые исследовали взаимодействие HeH+ с атомом дейтерия (тяжелого изотопа водорода). Произошедшая реакция привела к образованию нейтрального гелия и молекулы HD+ (водород-дейтерий), характеризующейся более низким энергетическим уровнем.
Изменяя скорость частиц в пучках для имитации различных температур, ученые стремились выяснить, как этот фактор влияет на скорость реакции. Результаты показали, что температура не оказывает влияния — реакция протекала с неизменной скоростью. Таким образом, роль HeH+ в процессе охлаждения ранней Вселенной и формировании первых звезд оказалась более существенной, чем предполагалось ранее.
«Наши эксперименты и расчеты не подтвердили предсказанную ранее зависимость: предыдущие теории предполагали, что при понижении температуры вероятность реакции уменьшается «, — пояснює фізик Хольгер Креккель з Інституту Макса Планка.
Исследование в журнале Astronomy & Astrophysics.