Ученые воссоздали рождение Вселенной в лаборатории

В начале истории Вселенной не было ни звезд, ни планет — лишь горячий хаос частиц. Но именно простейшие молекулы, образовавшиеся в этот период, определили будущее космоса и дали старт рождению первых светил.

Первые молекулы во Вселенной не только выжили в экстремальных условиях, но и стали ключом к рождению звезд

Источник: Midjourney

Сразу после Большого взрыва, около 13,8 миллиарда лет назад, Вселенная была раскаленной и плотной. Уже через несколько секунд она остыла настолько, что смогли образоваться первые элементы — водород и гелий. Однако потребовалось еще около 380 тысяч лет, прежде чем температура упала до уровня, позволяющего электронам соединяться с ядрами и образовывать нейтральные атомы. Этот процесс, называемый рекомбинацией, открыл путь первой химии во Вселенной.

Самая древняя известная молекула — ион гидрида гелия (HeH⁺), состоящий из нейтрального атома гелия и протона водорода. Он стал отправной точкой цепи реакций, которые привели к образованию молекулярного водорода (H₂) — важнейшего строительного блока для первых звезд.

Реакция иона HeH⁺ с дейтерием оказалась быстрее и проще, чем предполагали теории

Источник: Unsplash

Исследование, опубликованное в журнале Astronomy & Astrophysics, проведено учеными из Института ядерной физики Общества Макса Планка в Гейдельберге (Германия). Они впервые смогли воспроизвести ключевую реакцию ранней Вселенной в лаборатории. Для этого использовался криогенный накопитель CSR — установка, способная поддерживать температуру в несколько градусов выше абсолютного нуля (−273,15 °C) и моделировать условия космоса.

Ученые изучили, как ион HeH⁺ взаимодействует с дейтерием, изотопом водорода с дополнительным нейтроном. В результате столкновений образовывался ион HD⁺ и нейтральный атом гелия. Эксперимент показал, что скорость реакции не падает даже при сверхнизких температурах, что противоречит прежним расчетам. Это означает, что HeH⁺ мог играть куда более важную роль в охлаждении первых газовых облаков, чем считалось ранее.

Схема реакции и энергетический уровень исследуемой реакции иона гидрида гелия с дейтерием. Это быстрая и безбарьерная реакция, вопреки прежним теориям. Фон: планетарная туманность NGC 7027, молекулярный водород виден красным цветом

Источник: Общество Макса Планка

Охлаждение необходимо, чтобы облака водорода и гелия могли сжиматься под действием гравитации и образовывать первые звезды. Молекулы вроде HeH⁺ излучают энергию при вращении и вибрации, помогая газу терять тепло. Именно этот процесс, как полагают исследователи, стал ключом к запуску звездного образования спустя сотни миллионов лет после Большого взрыва.

Ранее Наука Mail рассказала, как ученые научились использовать микрометеориты для восстановления химического состава древней атмосферы Земли.