سرانجام اولین نوع مولکول جهان کشف شد

زمانی که کیهان بسیار جوان بوده، تنها چند نوع اتم وجود داشت. دانشمندان باور دارند که حدود ۱۰۰۰۰۰ سال پس از انفجار بزرگ هلیوم و هیدروژن با هم ترکیب شدند تا اولین مولکول جهان با نام هلیوم هیدرید (HeH+) را بسازند. هلیوم هیدرید باید در بعضی بخش‌های کیهان مدرن نیز وجود داشته باشد، اما تا به حال شناسایی نشده بود.

رصدخانه اتراتوسفری فروسرخ مولکول هلیوم هیدرید مدرن را در یک سحابی سیاره‌ای در صورت فلکی قو (ماکیان) شناسایی کرده است. این سحابی سیاه‌ای با نام NGC7027 که باقی‌مانده‌ای از مرگ ستاره‌ای همچون خورشید است، در فاصله ۳۰۰۰ سال نوری از ما قرار دارد و شرایطی دارد که اجازه تشکیل مولکولی همچون هلیوم هیدرید را می‌دهد. این کشف وجود هلیوم هیدرید را در فضا اثبات می‌کند و بخشی کلیدی در فهم ما از شیمی جهان اولیه و تکامل آن تا شیمی پیچیده امروز است.

داستان از چند سال پس از انفجار بزرگ آغاز می‌‌شود؛ جایی که هیدروژن و هلیوم جهان را تسخیر کرده بودند. در این زمان هلیوم با هیدروژن یونیزه شده ترکیب می‌شود تا هلیوم هیدرید را بوجود آورد. این اولین نوع مولکول در جهان است. این ترکیب اولیه می‌تواند ترکیب‌های پیچیده‌تری بوجود آورد و کتابخانه شیمی جهان را گسترده‌تر کند.

رولف گوستن (Rolf Gusten) نویسنده اول این تحقیقات گفت: «هلیوم هیدرید آغازگر شیمی جهان است. اما عدم مشاهده نشانه قطعی برای وجود آن در فضای میان ستاره‌ای یک مسئله در نجوم بود.»

این موضوع در تئوری ساده به نظر می‌رسد. اما شناسایی هلیوم هیدرید دهه‌ها زمان برده است. HeH+ برای اولین بار در سال ۱۹۲۵ در آزمایشگاه ساخته شد. انتظار می‌رفت که فراوانی این مولکول در مقیاس میان ستاره‌ای زیاد باشد. زیرا تابش فرابنفش و دمای بالای ستاره‌های پیر شرایط مناسبی را برای هلیوم هیدرید بوجود می‌آورد. در دهه ۱۹۷۰ ستاره‌شناسان به رصد سحابی سیاره‌ای NGC7027 پرداختند تا شکلی از هلیوم هیدرید را در آن پیدا کنند. اما به دلیل عدم وجود تکنولوژی تا دهه‌ها هیچ شاهدی پیدا نشد.

مشکل این است که HeH+ شدیدترین تابش خود را در فرکانس  2.01 THz دارد که جو زمین اجازه عبور آن را نمی‌دهد. دانشمندان برای رسیدن به راه‌حل از رصدخانه استراتوسفری اخترشناسی فروسرخ استفاده کردند که کیهان را از داخل یک بوئینگ 747SP رصد می‌کند. این رصدخانه سیار که کار خود را از سال ۲۰۱۶ آغاز کرده است، در ارتفاع ۱۳۷۰۰ متری قرار دارد و به این ترتیب لایه مداخله‌گر جو زمین را رد کرده است. این ارتفاع برای یک تلسکوپ فروسرخ مانند فضا است.

طیف مولکول هلیوم هیدید شناسایی شده توسط رصدخانه استراتوسفری اخترشناسی فروسرخ

در آخرین به روزرسانی رصدخانه استراتوسفری فروسرخ یک گیرنده فرکانس تراهرتز نیز به این ابزار اضافه شد. به این ترتیب دانشمندان توانستند فرکانس مولکول هلیوم هیدرید را با این گیرنده مانند گیرنده FM دریافت کنند. زمانی که رصدخانه استراتوسفری مشغول کار می‌شود، دانشمندان به طور همزمان به مطالعه داده‌ها می‌پردازند. در نهایت سیگنال هلیوم هیدرید به خوبی و واضح ثبت شد.

محققان این پروژه معتقدند که رصد مولکول هلیوم هیدرید در فضای میان ستاره‌ای یک نمایش زیبا از تشکیل مولکول‌ها در جهان است. این کشف نه تنها یکی از سوالات ستاره‌شناسان را پاسخ می‌دهد، بلکه مدل‌های نظری شیمی کیهان را تایید می‌کند.

«رصدخانه استراتوسفری اخترشناسی فروسرخ» در یک هواپیمای بوئینگ 747SP قرار گرفته که برای حمل تلسکوپی با قطر ۱۰۶ اینچ اصلاح شده است. این پروژه‌ای مشترک بین ناسا و مرکز هوایی آلمان DLR است. مرکز تحقیقاتی ایمز ناسا در کالیفرنیا مسئولیت مدیریت پروژه را برعهده داشت و بخش علمی و عملیاتی ماموریت توسط انجمن تحقیقات فضایی کلمبیا و موسسه SOFIA در آلمان انجام گرفته است.

منابع:

1. www.nasa.gov/feature/the-universe-s-first-type-of-molecule-is-found-at-last
2. https://newatlas.com/heium-hydride-ion-first-molecule-universe/59312/