Всего из двух простейших частиц — атома гелия и протона — появилась первая молекула в истории космоса. Речь идёт о гидриде гелия (HeH⁺), с которого началась вся химия во Вселенной.
С момента своего рождения через сотни тысяч лет после Большого взрыва , эта частица долгое время считалась важной, но в целом инертной. Однако исследование , проведённое в Институте ядерной физики Макса Планка в Гейдельберге, предлагает пересмотреть её роль в ранней эволюции космоса — и, возможно, изменить понимание того, как вообще возникли звёзды.
Работа велась на уникальной экспериментальной установке — криогенном накопительном кольце (CSR), способном воспроизводить условия, близкие к тем, что существовали после остывания первичного плазменного океана. При температуре, всего на несколько градусов превышающей абсолютный ноль, учёные могли удерживать ионы в вакууме и сталкивать их с нейтральными атомами — точно так же, как это происходило в первые эпохи формирования материи.
В таких условиях исследователи впервые зафиксировали, как HeH⁺ взаимодействует с атомами дейтерия — тяжёлого изотопа водорода — при сверхнизких температурах. Предполагалось, что при таком охлаждении молекула должна становиться практически неактивной. Но наблюдения опровергли эти ожидания: даже в условиях, приближённых к температурному фону ранней Вселенной, HeH⁺ сохранял высокую реакционную способность.
Защита — это не опция. Это необходимость.
Подпишись на нас
Это стало серьёзным вызовом устоявшимся представлениям. Ранее считалось, что HeH⁺ играет лишь эпизодическую роль, участвуя в охлаждении газа и формировании водорода. Однако новые результаты показывают: молекула включена в разветвлённую сеть реакций, запускающих звездообразование.
В эпоху «космических тёмных веков» вещество было слишком горячим и разрежённым, чтобы сжиматься в звёзды. Для запуска термоядерного синтеза облака материи должны были терять тепло. Но водород в одиночку не мог излучать энергию при температурах ниже 10 000 °C. Эту задачу брали на себя полярные молекулы вроде HeH⁺, обладающие дипольным моментом и способные эффективно охлаждать среду за счёт инфракрасного излучения.
Кроме того, HeH⁺ играл ключевую роль в синтезе. При столкновениях с атомарным водородом он распадается, образуя ионы, которые затем участвуют в реакциях, ведущих к появлению молекулярного водорода (H₂) — главного «строительного материала» для звёзд. Таким образом, эта древнейшая молекула выступала в роли активного катализатора, стоящего у истоков всей звёздной материи.
Помимо экспериментальных данных, работа привела к важной корректировке теории. Совместно с Йоанном Скрибано учёные заново рассчитали энергетическую поверхность взаимодействия HeH⁺ с другими частицами — ту самую модель, по которой вычисляются вероятности реакций. Выяснилось, что прежние расчёты содержали грубую ошибку, занижавшую оценку активности молекулы. Её устранение позволило синхронизировать вычисления с наблюдениями и пересмотреть многие прежние выводы.
Теперь HeH⁺ рассматривается как один из центральных участников ранней химической эволюции. Он уже не выглядит случайной промежуточной ступенью, а, напротив, становится основным элементом, от которого во многом зависело зарождение первых светил. Новые данные подтверждают: Вселенная устроена куда сложнее, чем мы представляли ещё недавно.
Это открытие показывает, что даже древнейшие элементы могут скрывать неизвестные свойства. Прошли сотни миллионов лет, а HeH⁺ всё ещё способен менять наше понимание природы. А стремительное развитие квантовых исследований открывает всё новые горизонты для таких открытий.
Подробнее: https://www.securitylab.ru/news/562095.php