Noen hundre tusen år etter Big Bang, avkjølte den varme, unge suppen i universet vårt nok til at de minste byggesteinene i livet ble samlet til atomer for første gang. En svak dag, 6 700 grader Fahrenheit (3 700 grader celsius), et heliumatom glomet på et enkelt proton - faktisk et positivt ladet hydrogenion - og universets aller første molekyl ble dannet: heliumhydrid, eller HeH +.
Forskere har studert laboratorieproduserte versjoner av dette urmolekylet i nesten et århundre, men de har aldri funnet spor av det i vårt moderne univers - før nå. I en ny studie publisert i dag (17. april) i tidsskriftet Nature, rapporterer astronomer om deres bruk av et luftbårent teleskop for å oppdage HeH + ulmende i skyen av gass rundt en døende stjerne noen 3000 lysår unna.
I følge forskerne viser denne oppdagelsen, som har vært mer enn 13 milliarder år i slutten, at HeH + er dannet naturlig under forhold som ligner de som finnes i det tidlige universet.
"Selv om HeH + er av begrenset betydning på Jorden i dag, begynte kjemien i universet med dette ionet," skrev teamet i den nye studien. "Den utvetydige deteksjonen som er rapportert her bringer et tiår langt søk til en lykkelig slutt endelig."
Det første molekylet i universet
HeH + er den sterkeste kjente syren på jorden og ble først syntetisert i et laboratorium i 1925. Fordi den er laget av hydrogen og helium - de to mest tallrike elementene i universet og de første som kom ut fra atomreaktoren til Big Bang 13,8 milliarder for år siden - forskere har lenge spådd at molekylet var det aller første som dannes da det avkjølende universet lot protoner, nøytroner og elektroner eksistere side om side i atomer.
Forskere kan ikke spole universet tilbake for å jakte på dette nye molekylet der det ble født, men de kan se etter det i deler av det moderne universet som best reproduserer disse superhot, super tette forholdene - i de unge tåkeene av gass og plasma som eksploderer ut av døende stjerner.
Disse såkalte planetnebularene dannes når sollignende stjerner når slutten av livet, sprenger bort de ytre skjellene og krymper seg i hvite dverger for sakte å avkjøle seg til krystallkuler. Når de døende stjernene avkjøles, stråler de fremdeles nok varme til å stripe nærliggende hydrogenatomer i elektronene sine, slik at atomene blir til de nakne protonene som kreves for at HeH + skal dannes.
Det er vanskelig å oppdage HeH + i selv de nærmeste planetnebulene til Jorden, fordi den gløder på en infrarød bølgelengde som lett blir skjult av vår egen planetes atmosfære. I den nye studien fant forskere rundt den atmosfæriske uklarheten ved å bruke et høyteknologisk teleskop montert på et flyttefly som ble kalt SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy).
I løpet av tre flyvninger i 2016 trente teamet SOFIAs teleskop på en planetarisk tåke kalt NGC 7027, omtrent 3000 lysår fra Jorden. Nebulens sentrale stjerne er en av de hotteste som er kjent på himmelen, skrev forskerne, og anslås å ha kastet sin ytre konvolutt bare for rundt 600 år siden. Fordi den omkringliggende tåken er så varm, ung og kompakt, er det et ideelt sted å jakte på HeH + bølgelengder. I følge forskerne var det akkurat der SOFIA fant dem.
"Oppdagelsen av HeH + er en dramatisk og vakker demonstrasjon av naturens tendens til å danne molekyler," sa studieforfatter David Neufeld, professor ved Johns Hopkins University i Baltimore, i en uttalelse. "Til tross for de kompromissløse ingrediensene som er tilgjengelige, danner det seg en blanding av hydrogen med den ureaktive edelgasshelium og et tøft miljø på tusenvis av grader Celsius."
