عضویت
موسسه به شما کمک میکند با دوستان زندگی خود همیشه در ارتباط باشید.

ستاره‌شناسان اولین مولکول جهان را یافتند!!

پس از دهه‌ها جستجو، اخترشناسان هیدرید هلیوم، اولین مولکول جهان اولیه را به طور قطعی شناسایی کردند.



اولین مولکول جهان: یون هیدرید هلیوم (HeH +)
طراحی NIESYTO

گروهی از ستاره‌شناسان بالاخره یون هیدرید هلیوم، اولین مولکولی را که در نزدیکی فضای بین‌ستاره‌ای قرار دارد.

رولف گاستن (موسسه ماکس پلانک برای رادیو نجوم، آلمان) و همکارانش در مجله نیچر 18 آوریل، نوشت: "در طی یک جستجوی ده ساله، این ماده را یافتند."

وقتی که جهان در دوران کودکی‌اش بود، سوپ ماده و تابش آن خیلی گرم بود تا بتواند چیزی شبیه اتم‌ها و مولکول‌هایی را ایجاد کند که امروزه پیرامون ما را تشکیل می‌دهند. تنها زمانی که جهان 380000 ساله بود، به اندازه کافی برای پروتون‌ها و نوترون‌ها برای ترکیب با اتم‌ها سرد شرده بود. (حتی پس از آن، در دمای 4000 کلوین باقی ماند، نه به اندازه سطح قابل مشاهده خورشید، سپس اتمها به مولکولها متصل شدند.

در آغاز
با توجه به این که جهان در این زمان دارای میزان زیادی هیدروژن و هلیوم بود، شاید جای تعجب نیست که مولکول اولیه جهان، یون هیدرید هلیوم (HeH +) باشد. خب، شاید کمی تعجب کنید: هلیوم یکی از عناصر شناخته شده "نجیب" است. به لحاظ فیزیکی، هلیوم دارای بالاترین انرژی یونیزاسیون (یعنی انرژی موردنیاز برای حذف الکترون) از تمام عناصر است، به طوری ترکیب آن با یک اتم دیگر آسان نیست.

در واقع، این یون حتی در شرایط منحصر به فرد جهان اولیه زنده ماند. با این وجود، نقش کوتاه اما مهمی ایفا کرد: تخریب هیدرید هلیم موجب ایجاد هیدروژن مولکولی (H2) شد که در نهایت به کهکشان‌ها نفوذ کرد و به تشکیل ستاره‌های اولیه منجر شد. وجود هیدرید هلیم در نتیجه درک تکامل شیمیایی جهان اولیه است.

با این حال برای سالها ستاره‌شناسان تلاش کردند - و نتوانستند - آن را شناسایی کنند. این یون اولین‌بار در سال 1925 در یک آزمایشگاه ایجاد شد که در جهان بسیار نادر است، زیرا خیلی شکننده است. ستاره‌شناسان در دهه 1970 متوجه شدند که ممکن است در مولکولهایی که اخیرا در پلاسما ایجاد شده است، پیدا شود. در یک مطالعه روی یک کوازار دور و یکی دیگر در supernova 1987A پیدا شد، اما هیچ کس به طور قطعی آنها را به رسمیت نشناخته بود.

شرایط بازسازی جهان اولیه
محلی که هیدرید هلیم می‌تواند در آن تشکیل شود، در اطراف ستاره‌ای با وزن کم مانند خورشید است که به یک کوتوله سفید تبدیل می‌شود. در این فرآیند لایه‌های بیرونی ستاره در یک انفجار زیبا به شکل سحابی سیاره‌ای درمی‌آید.

در ابتدا، بیش از 13 میلیارد سال پیش، جهان یک سوپ متمایز سه عنصر ساده و یک اتم بود.

ستاره‌ها برای 100 میلیون سال دیگر شکل نگرفتند.

اما در طی 100،000 سال پس از بیگ بنگ، نخستین مولکول ظاهر شد، ترکیب هلیوم و هیدروژن به نام هیدرید هلیوم یا HeH + شناخته شد.

دیوید نیفلد، استاد دانشگاه جان هاپکینز و همکارانش در این مطالعه که در روز چهارشنبه منتشر شد، توضیح داد که چگونه دانشمندان به مدت چند دهه به دنبال جستجوی آن بودند و در نهایت مولکولی را در فضا کشف کردند، "این امر آغاز شیمی بود."

او به خبرگزاری فرانسه گفت: "شکل‌گیری HeH + اولین گام در مسیر افزایش پیچیدگی در جهان بود"، یک تغییر شگرف از یک تک سلولی به زندگی چند سلولی بر روی زمین.

HeH + در سال 1925 در آزمایشگاه مورد مطالعه قرار گرفت. اما شناسایی HeH + در زیستگاه طبیعی خود فراتر هیجان‌انگیز است.

رالف گاستن، نویسنده دانشمند مؤسسه رادیونجوم ماکس پلانک در بن، گفت: "فقدان شواهد قطعی درباره وجود آن در فضای بین‌ستاره‌ای، معضلی برای ستاره‌شناسی در مدت زمان طولانی بوده است."

در حال حاضر در دهه 1970، مدل ها پیشنهاد دادند که HeH + باید در مقادیر قابل توجهی در گازهای درخشان که توسط ستاره های در حال مرگ خورشیدمانند، وجود داشته باشد، که شرایطی مشابه جهان اولیه دارند.

یک مولکول شکننده

مشکل این بود که امواج الکترومغناطیسی منتشر شده توسط مولکول در محدوده مادون قرمز قرار داشتند که توسط جو زمین سانسور شده بودند و از زمین قابل شناسایی نبودند.

به همین منظور، ناسا و مرکز هوافضایی آلمان، تمام سعی خود را برای ایجاد یک رصدخانه هوایی با سه جزء اصلی جمع کردند: یک تلسکوپ عظیم 2.7 متری، یک طیف سنج مادون قرمز و یک بوئینگ 747 .

از ارتفاع نزدیک به 14،000 متری (45،000 فوت)، رصدخانه استراتوسفری نجوم مادون قرمز یا SOFIA، از 85 درصد "نویز" تلسکوپ زمینی مبرا بود.

داده های حاصل از سه پرواز در ماه می سال 2016 شامل شواهد مولکولی در سحابی سیاره ای NGC 7027 بودند که در فاصله حدود 3000 سال نوری واقع شده است.

دانشمندان در رصدخانه سوفیا مولکولی را یافتند که در جهان اولیه تشکیل شده است. آنها ترکیبی از هلیوم و هیدروژن را به نام هیرید هلیوم را در یک سحابی سیاره ای در نزدیکی صورت فلکی دجاجه پیدا کردند. این کشف بخش کلیدی از درک ما از جهان اولیه را تأیید می کند و اینکه چگونه در طول میلیاردها سال به شیمی پیچیده امروز تبدیل شد.

نیفلد گفت: "کشف HeH + یک نمایش چشمگیر و زیبا از تمایل طبیعت به تشکیل مولکولها می‌باشد."

در این مورد، طبیعت این کار را با وجود شرایط نامساعدانجام داد.

با وجود اینکه درجه حرارت در جهان جوان پس از انفجار بزرگ بلافاصله کاهش یافت، هنوز هم در محدوده 4000 درجه سانتیگراد قرار داشتند که محیطی خصمانه برای پیوند مولکولی بود.

این اتحاد با هیدروژن یونیزه شکننده بود و برای مدت طولانی ادامه پیدا نکرد و جای خود را به پیوندهای مولکولی با ثبات و پیچیده تر داد.

عناصر سنگین تر مانند کربن، اکسیژن و نیتروژن و مولکول های بسیاری که به وجود آمدند، بعدها با واکنش های هسته ای ستارگان را تشکیل دادند.



هیدرید هلیوم موجود در NGC 7027

شیمی جهان با این یون شروع شد. اخترشناسان می توانند مطمئن باشند که ما حداقل  بخش کوچکی از تکامل شیمیایی جهان را درک کرده ایم.

ترجمه: سارا سیدحاتمی
منابع:

Astronomers Find Universe’s First Molecule
By: Monica Young | April 17, 2019
https://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/ast...

Elusive molecule, first in Universe, detected in space
by Marlowe Hood
https://phys.org/news/2019-04-elusive-molecule-uni...
آخرین بروز رسانی در فر 30, 1:50 ب.ظ از آفاق راهبر آذربايجان.
تمامی زمان ها +4.5 است. زمان اکنون 9:58 ق.ظ است.