Первичные процессы взаимодействия веществ воспроизведены в лабораторных условиях

Новости МирТесен

Впервые физикам под силу стало воссоздание химических процессов, которые разворачивались сразу после Большого взрыва. Условия эксперимента максимально приближены к состоянию 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.

Исследование проводилось в Криогенном накопительном кольце Института Макса Планка – уникальной установке, позволяющей воспроизвести условия глубокого космоса: температура порядка -267°C (лишь на несколько градусов выше абсолютного нуля). Специалисты анализировали взаимодействие иона HeH+ с атомом дейтерия — тяжелым изотопом водорода. В ходе взаимодействия образовывались нейтральный гелий и молекула HD+, содержащая атом водорода и дейтерий, обладающая меньшим уровнем энергии.

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.

«Ранее существовавшие модели предполагали, что при понижении температуры скорость протекания подобных реакций уменьшается. Однако проведенные нами опыты и теоретические расчеты не подтвердили эту гипотезу. «, — комментирует физик Хольгер Креккель из Института Макса Планка.

Исследование в журнале Astronomy & Astrophysics.