המולקולה הראשונה שהייתה אפשרית ביקום נראתה בחלל

Send

דרושה קבוצה עשירה ומגוונת של מולקולות מורכבות כדי להתקיים דברים כמו כוכבים, גלקסיות, כוכבי לכת וצורות חיים כמונו. אך לפני שבני האדם וכל המולקולות המורכבות שמהם אנו עשויים היו יכולים להתקיים, היה צריך להיות אותה מולקולה ראשונית ראשונה שהתחילה שרשרת ארוכה של אירועים כימיים שהובילה לכל מה שרואים סביבך היום.

אף על פי שזה עבר תיאוריה ארוכה, היעדר הוכחות תצפיתיות עבור אותה מולקולה היה בעייתי עבור מדענים. עכשיו הם מצאו את זה והמדענים האלה יכולים לנוח בקלות. התיאוריה החיזוי שלהם מנצחת!

בימיו הראשונים מאוד של היקום היו רק שניים או שלושה סוגים של אטומים. מימן, הליום וכמויות זעירות של ליתיום נוצרו על ידי נוקלאוזינתזה של המפץ הגדול. כל שאר האלמנטים היו מזויפים מאוחר יותר, בכוכבים. כוכבים הם ברובם מימן, אך כוכבים אינם יכולים להיווצר מאטומי המימן הפשוטים שנוצרו במפץ הגדול. הם נוצרים ממה שמכונה מימן מולקולרי. ומימן מולקולרי לא יכול היה להיווצר ללא מה שמכונה "מולקולה ראשונה", שילוב של הליום ומימן הנקרא הליום הידריד. התיאוריה אומרת שהליום הידריד נוצר כמאה אלף שנה לאחר המפץ הגדול.

"היה כל כך מרגש להיות שם, לראות את הליום הידריד בפעם הראשונה בנתונים."

רולף גסטן, מכון מקס פלאנק לאסטרונומיה ברדיו, מחבר ראשי.

אתה יכול לתאר תמונה מצולמת של היקום הקדום, אי שם בערך 100,000 שנה אחרי המפץ הגדול. היה חם מאוד, ואוכלס רק במימן, הליום, ואותו מעט ליתיום זעיר. לפני שהאוכלוסייה האטומית ביקום הייתה יכולה להתגבש, היו צריכים להיווצר כוכבים. ברגע שהחל להתקרר, החלו התנאים להתבגר לכוכבים להיווצר.

אבל גם משהו אחר היה צריך לקרות. קירור היקום לא הספיק בכדי להיווצר כוכבים. היה צריך ליצור מימן מולקולרי, מכיוון שכוכבים עשויים ברובם ממימן מולקולרי ולא מהמימן האטומי הפשוט שנוצר על ידי המפץ הגדול. (מדענים לא קוראים לזה מימן פשוט, הם קוראים לזה רק אטום מימן.)

רוב המימן ביקום הוא מימן מולקולרי.
אבל אטום מימן יחיד נדיר ביקום של ימינו, מכיוון שהוא רדיקל חופשי ומגיב באמת. מימן מולקולרי הוא מולקולה בה שני אטומי מימן קשורים זה לזה. זה מורכב משני פרוטונים ושני אלקטרונים והוא יציב מאוד. יש עננים מסיביים של מימן מולקולרי בחלל, וכוכבים מהעננים האלה.

הבעיה ביקום הקדום הייתה, למרות שהדברים התקררו, מימן מולקולרי לא יכול היה להיווצר מעצמו. על פי התיאוריה, מימן פשוט היה צריך לקיים אינטראקציה עם מולקולה ספציפית לפני שהייתה יכולה להיווצר, ומולקולה זו הייתה הליום הידריד. אינטראקציה זו הייתה הצעד הראשון בכימיה של היקום.

"היעדר הוכחות לעצם קיומו של הליום הידריד בחלל הבין-כוכבי היה דילמה לאסטרונומיה במשך עשרות שנים."

רולף גסטן, מכון מקס פלאנק לאסטרונומיה ברדיו, מחבר ראשי

למרות שהתאוריה אמרה שהליום הידריד צריך להתקיים, ואף שהוא נוצר במעבדה בשנת 1925, הוא מעולם לא נראה בחלל. זו מולקולה חמוצה מאוד, מכיוון שאחד האטומים המרכיבים אותה הוא הליום, גז אצילי. וגזים אצילים אינם ששים מאוד להגיב עם אטומים אחרים.

אבל עכשיו הם מצאו את זה.

במאמר שפורסם ב -17 באפריל בכתב העת Nature, החוקרים התארו כיצד גילו את ההליום ההידרידי החמקמק ב
ערפילית פלנטרית הנקראת NGC 7027. הם השתמשו ב- SOFIA של נאס"א, או
מצפה כוכבים סטרטוספרי לאסטרונומיה אינפרא אדום, לחפש אותה. SOFIA הוא בואינג 747SP המומר שעף בגובה רב, מעל הפרעות אטמוספריות, כדי לבצע תצפיות.

מאז שנות השבעים חשבו המדענים כי ל- NGC 7027 היו התנאים ההכרחיים להתקיים הליום הידריד. הם השתמשו ב- SOFIA, ובכלי הגדול הגרמני (מקלט גרמני בתדרים של Terahertz) הם חקרו את NGC 7027, בחיפוש אחר המולקולה החמקמקה.

המחבר הראשי של העיתון הוא רולף גסטן ממכון מקס פלאנק לאסטרונומיה ברדיו, בבון, גרמניה. "העדר הוכחות לעצם קיומו של הליום הידריד בחלל הבין-כוכבי היה דילמה לאסטרונומיה במשך עשרות שנים," אמר גסטן.

לערפילית הפלנטרית בה הבחינו החוקרים יש את התנאים הנכונים ליצירת הליום הידריד. הכוכב המזדקן הכניס את החום הנכון והקרינה האולטרה סגולה ליצירת המולקולה. אבל ההתבוננות בתוך הערפילית ההיא התבררה כקשה מאוד. היכנסו לסופיה ונהדר.

SOFIA דומה להכלאה בין טלסקופ מבוסס קרקע לטלסקופ חלל. מנקודת התצפית שלו בגובה 45,000 רגל, הוא נקי מרוב ההתערבות האטמוספירה של כדור הארץ, ממש כמו טלסקופ חלל. אבל זה גמיש יותר. הוא נוחת בין משימות וניתן לשנות או להתאים את המכשור שלו יותר כמו פחית טלסקופ קרקעית.

במקרה זה, מכשיר ה- GREAT הגרמני שולב ב- SOFIA בשנת 2011. והוכח שהוא מרכזי במחקר זה.

"אנו יכולים להחליף מכשירים ולהתקין את הטכנולוגיה העדכנית ביותר", אמר נסאם רנגוואלה, סגן מדען הפרויקטים של SOFIA. "גמישות זו מאפשרת לנו לשפר את התצפיות ולהגיב לשאלות הדחופות ביותר שמדענים רוצים לענות עליהן."

בשנת 2016 המדענים החלו להשתמש ב- SOFIA ו- GREAT כדי לבדוק את NGC 7027 לצורך הלידי הידריד החמקמק. כל מולקולה מקיימת אינטראקציה עם אור בתדר שלה, ו GREAT היה מכוון לתדר של הליום הידריד, בדומה לכוונון רדיו לתחנה מסוימת. ולבסוף התמזל מזלם.

"היה כל כך מרגש להיות שם, לראות את הליום הידריד בפעם הראשונה בנתונים. זה מביא חיפוש ארוך לסיום שמח ומבטל את הספקות לגבי הבנתנו את הכימיה הבסיסית של היקום המוקדם.

רולף גסטן, מכון מקס פלאנק לאסטרונומיה ברדיו, מחבר ראשי

"היה כל כך מרגש להיות שם, לראות את הליום הידריד בפעם הראשונה בנתונים," אמר גסטן. "זה מביא חיפוש ארוך לסיום שמח ומבטל את הספקות לגבי הבנתנו את הכימיה הבסיסית של היקום המוקדם."

אז זהו הסוף המשמח לאחת השאלות הנשאלות ביותר באסטרונומיה. המסקנה המוצלחת לחיפוש אחר הליום הידריד היא ניצחון נחמד לתיאוריות שלנו המפרטות את התפתחות היקום.

אם אתם חברים עם מדען, לכו לקנות לה בירה והראו קצת הערכה לעבודתם הקשה!