Illustration av planetarisk nebulosa NGC 7027 och heliumhydridmolekyler. I denna planetariska nebulosa, SOFIA upptäckte heliumhydrid, en kombination av helium (röd) och väte (blå), som var den första typen av molekyl som någonsin bildades i det tidiga universum. Detta är första gången heliumhydrid har hittats i det moderna universum. Kredit:NASA/SOFIA/L. Proudfit/D.Rutter
I början, för mer än 13 miljarder år sedan, universum var en odifferentierad soppa av tre enkla, enatomselement.
Stjärnor skulle inte bildas på ytterligare 100 miljoner år.
Men inom 100, 000 år av Big Bang, den allra första molekylen dök upp, ett osannolikt äktenskap mellan helium och väte känd som en heliumhydridjon, eller HeH + .
"Det var början på kemin, sa David Neufeld, en professor vid John's Hopkins University och medförfattare till en studie som publicerades på onsdagen som beskriver hur - efter en sökning på flera decennier - forskare äntligen upptäckte den svårfångade molekylen i rymden.
"Bildandet av HeH + var det första steget på en väg av ökande komplexitet i universum, "en lika betydelsefull förändring som den från encelligt till flercelligt liv på jorden, sa han till AFP.
Teoretiska modeller hade för länge sedan övertygat astrofysiker om att HeH + kom först, följt – i exakt ordning – av en parad av andra alltmer komplexa och tunga molekyler.
HeH + hade också studerats i laboratoriet, redan 1925.
Men upptäckte HeH + i dess naturliga livsmiljö hade förblivit bortom deras räckhåll.
"Avsaknaden av definitiva bevis för själva existensen i det interstellära rymden har varit ett dilemma för astronomi under lång tid, " sa huvudförfattaren Rolf Gusten, en vetenskapsman vid Max Planck Institute for Radioastronomy i Bonn.
Spektrum av HeH+ som observerats med GREAT ombord på SOFIA mot planetariska nebulosan NGC 7027. I den underliggande bilden från Hubble/NICMOS-kameran, den skarpa övergångszonen mellan det joniserade HII-området (vit-gult) och det svala höljet (röd färg) är väl synligt. Det är i denna joniseringsfront som HeH+ bildas (markerad av en konstnärs uppfattning om den molekylära strukturen). Det himmelsområde som täcks av det STORA instrumentet med en storlek på 14,3 bågsekunder inkluderar det mesta av nebulosans utsläpp. Spektrallinjebredden för HeH+-profilen bestäms av rörelsen hos den expanderande enveloppen. Krediter:Komposition:NIESYTO design; Bild NGC 7027:William B. Latter (SIRTF Science Center/Caltech) och NASA/ESA; Spektrum:Rolf Güsten/MPIfR ( Natur , 18 april, 2019)
Forskare visste var de skulle leta.
Redan på 1970-talet modeller föreslog att HeH + bör finnas i betydande mängder i de glödande gaser som skjuts ut av döende solliknande stjärnor, som skapade förhållanden liknande de som fanns i det tidiga universum.
En skör molekyl
Problemet var att de elektromagnetiska vågorna som molekylen gav ut var inom ett område - långt infrarött - som upphävdes av jordens atmosfär, och därmed oupptäckbar från marken.
Så NASA och German Aerospace Center gick samman för att skapa ett luftburet observatorium med tre huvudkomponenter:ett massivt 2,7-meters teleskop, en infraröd spektrometer, och en Boeing 747 – med en fönsterliknande fyrkant bortskuren från flygkroppen – stor nog att bära dem.
Från en marschhöjd på nästan 14, 000 meter (45, 000 fot), Stratosfärobservatoriet för infraröd astronomi, eller SOFIA, undvek 85 procent av det atmosfäriska "bruset" från markbaserade teleskop.
Data från en serie av tre flygningar i maj 2016 innehöll de molekylära bevis som forskare länge sökt, sammanflätad i planetnebulosan NGC 7027 omkring 3, 000 ljusår bort.
"Upptäckten av HeH + är en dramatisk och vacker demonstration av naturens tendens att bilda molekyler, sa Neufeld.
I detta fall, det gjorde det trots ogynnsamma omständigheter.
Även om temperaturen i det unga universum sjönk snabbt efter Big Bang, de var fortfarande i närheten av 4, 000 grader Celsius, en fientlig miljö för molekylär bindning.
Dessutom, helium - en "ädel" gas - "har en mycket låg benägenhet för formmolekyler, " förklarade Neufeld.
Dess förening med joniserat väte var bräcklig, och höll inte i sig särskilt länge, ersättas av successivt mer robusta och komplexa molekylbindningar.
Tyngre grundämnen som kol, syre och kväve – och de många molekylerna de gav upphov till – bildades senare fortfarande av de kärnreaktioner som driver stjärnor.
© 2019 AFP
