Nedávný vědecký průlom zásadně změnil naše chápání prvotní chemie vesmíru a vzniku jeho nejstarších hvězd. Vědcům se podařilo úspěšně znovu vytvořit podmínky raného kosmu, což umožnilo syntézu prvních molekul vesmíru. Toto bezprecedentní experimentální ověření zpochybňuje dlouholeté předpoklady týkající se účinnosti chemických reakcí v rodícím se vesmíru, zejména těch zahrnujících ionty hydridu helia, a naznačuje dynamičtější proces tvorby nebeských těles, než se dříve předpokládalo.
- Vědci úspěšně zrekonstruovali podmínky raného vesmíru pro syntézu jeho prvních molekul.
- Experiment zpochybňuje dosavadní předpoklady o účinnosti chemických reakcí v mladém kosmu.
- Zvláštní pozornost je věnována iontům hydridu helia (HeH+), považovaným za klíčové pro ranou chemii.
- Výzkum naznačuje dynamičtější proces formování hvězd, než se dříve věřilo.
- Ionty HeH+ a molekulární vodík byly zásadní pro vznik prvních hvězd stovky milionů let po Velkém třesku.
Počátky vesmírné chemie a zrození prvních hvězd
Přibližně před 13,8 miliardami let, po Velkém třesku, vesmír prošel rychlým ochlazováním. Během několika sekund teploty dostatečně poklesly pro vznik vodíku a helia, prvních prvků vesmíru. Stovky tisíc let později další ochlazování umožnilo atomům těchto prvků kombinovat se s elektrony, což dalo vzniknout molekulám. Vědecký konsenzus identifikoval iont hydridu helia (HeH+) jako vůbec první molekulu, zásadní prekurzor pro následnou tvorbu molekulárního vodíku, který je nyní nejhojnější molekulou v kosmu.
Ionty hydridu helia i molekulární vodík byly nápomocné ve vývoji prvních hvězd, které se objevily stovky milionů let po Velkém třesku. Aby protohvězda zahájila fúzi – proces, který pohání hvězdy – atomy a molekuly uvnitř ní se musí srazit a uvolňovat teplo. Zatímco tento proces je obecně neefektivní pod 10 000 stupňů Celsia (18 000 stupňů Fahrenheita), ionty hydridu helia prokazují jedinečnou schopnost usnadnit tento proces i při výrazně nižších teplotách, což je staví do pozice potenciálně kritického faktoru při vzniku raných hvězd.
Přehodnocení chemie raného vesmíru
Význam HeH+ při vzniku raných hvězd byl zdůrazněn novým výzkumem publikovaným 24. července v časopise Astronomy and Astrophysics. V této studii vědci pečlivě zrekonstruovali rané reakce hydridu helia. Uchováváním iontů při extrémních minus 267 stupních Celsia (minus 449 stupňů Fahrenheita) po dobu až 60 sekund je ochladili před vyvoláním srážek s těžkým vodíkem. Vědci poté analyzovali, jak se tyto srážky, analogické těm, které iniciují hvězdnou fúzi, měnily s teplotou částic.
Klíčově, experiment odhalil, že reakční rychlosti mezi těmito částicemi neklesají při nižších teplotách, což přímo protiřečí předchozím teoretickým modelům. Holger Kreckel, jaderný fyzik z Institutu jaderné fyziky Maxe Plancka v Německu a spoluautor studie, poznamenal, že „předchozí teorie předpovídaly významný pokles pravděpodobnosti reakce při nízkých teplotách, ale nebyli jsme schopni toto ověřit ani v experimentu, ani v nových teoretických výpočtech.“ Toto zjištění vyžaduje přehodnocení heliové chemie v raném vesmíru, což naznačuje, že reakce zahrnující ionty hydridu helia byly „mnohem důležitější pro chemii v raném vesmíru, než se dříve předpokládalo,“ dodává Kreckel. Toto revidované chápání má hluboké důsledky pro astrofyzikální modely popisující úsvit kosmické struktury.