Вчені відтворили перші хімічні реакції Всесвіту у лабораторних умовах

Фізики з Інституту ядерної фізики імені Макса Планка (MPIK, Німеччина) вперше відтворили хімічні реакції, що відбувалися одразу після Великого вибуху, в умовах, наближених до тих, які існували в молодому Всесвіті. Команда під керівництвом Флоріана Ґруссі відтворила процеси, що стосуються утворення іонів гідриду гелію (HeH+), молекули, яка складається з нейтрального атома гелію та іонізованого атома водню.

Саме HeH+ вважається першим молекулярним зв’язком у Всесвіті та початковим етапом формування молекулярного водню (H2) — найпоширенішої молекули, з якої народжуються зорі. Близько 13,8 мільярда років тому, після появи перших елементів — водню, гелію та слідів літію, HeH+ відіграв ключову роль у процесі охолодження космічного середовища, що дозволило газовим хмарам стиснутися і дати початок першим зіркам.

Дослідження виконали у кріогенному кільцевому накопичувачі MPIK — установці, що дозволяє проводити експерименти у вакуумі за температури лише кілька градусів вище абсолютного нуля (близько — 267 °C). У цих умовах вчені досліджували реакції між HeH+ і дейтерієм (атомом водню з додатковим нейтроном). У результаті таких зіткнень утворювалися нейтральний атом гелію та молекула HD+ з нижчим енергетичним рівнем.

Для моделювання процесів дослідники запускали два пучки частинок — один із HeH+, інший із нейтральним дейтерієм. Змінюючи швидкість руху пучків, вони перевіряли, чи впливає температура на швидкість реакції. Як з’ясувалося, реакція відбувалася з однаковою ймовірністю незалежно від «температурного проксі». Це означає, що HeH+ залишався активним учасником хімічних процесів навіть під час охолодження раннього Всесвіту.

«Попередні теорії передбачали різке зниження ймовірності реакції за низьких температур, але ми цього не підтвердили ні експериментально, ні в нових теоретичних розрахунках», — пояснив фізик Гольґер Крекель із MPIK. Дослідження показало, що реакції HeH+ з нейтральним воднем і дейтерієм мали набагато більший вплив на ранню космічну хімію, ніж вважалося раніше, і відіграли значну роль у формуванні першого покоління зір. Роботу опубліковано в журналі Astron­o­my & Astro­physics.