Астрономы впервые увидели самую древнюю молекулу во Вселенной

Уникальная летающая обсерватория SOFIA помогла ученым впервые обнаружить следы соединения гелия и водорода, двух элементов, существовавших во Вселенной еще до появления звезд, внутри планетарной туманности в созвездии Лебедя. Результаты этих наблюдений были опубликованы в журнале Nature, передает  РИА Новости

"Отсутствие следов этой молекулы в космосе было одной из самых больших загадок в астрономии. Я был невероятно рад в тот момент, когда мы впервые увидели ее в нашем наборе данных. Этот "хэппи-энд" развеял наши сомнения в том, что мы понимаем то, как работала химия в ранней Вселенной", — заявил Рольф Гестен (Rolf Guesten) из Института радиоастрономии в Бонне (Германия).

После Большого взрыва во Вселенной существовали только три элемента - водород, гелий и следовые количества лития. Однако через 300 миллионов лет, когда появились первые звезды, начали появляться более тяжелые элементы, рожденные в ходе термоядерных реакций в недрах светил.

Сложные молекулы, как считают ученые, начали появляться задолго до возникновения этих светил, в то время, когда Вселенная одновременно стремительно расширялась и становилась все более холодной. Первой из них было причудливое и считавшееся в прошлом "невозможное" вещество, гидрид гелия, соединение нейтрального гелия и положительно заряженного протона.

Как отмечает Гестен, ученые уже почти столетие пытаются найти следы HeH+ в космосе, однако до настоящего времени им не удавалось это сделать. Астрофизики связывали многочисленные неудачи с тем, что древнейшие молекулы во Вселенной можно увидеть только в той части спектра, которая особенно хорошо поглощается парами воды и другими молекулами в атмосфере.

Подобные проблемы не мешают работе единственной в мире летающей обсерватории SOFIA, уникальному совместному проекту НАСА и немецкого космического агентства DLR. Она представляет собой "Боинг 747" с установленным на нем 2,5 метровым оптическим и инфракрасным телескопом. Подъем телескопа на высоту в 13 километров позволяет сделать качество получаемой "картинки" близкой к уровню космических обсерваторий.

Используя этот телескоп, Гестен и его коллеги наблюдали за планетарной туманностью NGC 7027, расположенной в созвездии Лебедя на расстоянии в три тысячи световых лет от Земли. Она представляет собой своеобразный "погребальный саван" белого карлика, чей прародитель исчерпал запасы водорода и сбросил свои внешние оболочки примерно 600 лет назад, мгновения по космическим меркам.

Эта туманность давно привлекает внимание ученых по одной простой причине – внутри нее господствуют примерно такие же температуры, около четырех тысяч градусов Кельвина, которые царили в ранней Вселенной в момент рождения первых молекул гидрида гелия. Вдобавок, новорожденный белый карлик вырабатывает огромные количества энергии и света, которые ионизируют окружающий его водород и ускоряют рождение HeH+.

Проблема заключалась в том, что внутри этой туманности, в отличие от ранней Вселенной, присутствуют молекулы метина, соединения углерода и водорода, очень похожие по своим спектральным характеристикам на гидрид гелия. В прошлом, это не позволяло увидеть его при помощи наземных или космических телескопов.

Телескоп SOFIA, как обнаружили ученые из НАСА и DLR, обладал достаточной чувствительностью для того, чтобы разделить линии, связанные с молекулами CH и HeH+, и доказать, что гидрид гелия действительно образуется в космосе. Его доля в целом совпала с тем, на что указывали теоретические расчеты космологов.
Его открытие не только подтверждает текущие теории, описывающие раннюю Вселенную, но и позволит ученым найти следы этого "первенца Вселенной" в излучении других, более далеких объектов.