يتطلب الأمر مجموعة غنية ومتنوعة من الجزيئات المعقدة لأشياء مثل النجوم والمجرات والكواكب وأشكال الحياة مثلنا. ولكن قبل أن يتواجد البشر وجميع الجزيئات المعقدة التي صنعناها ، كان يجب أن يكون هناك أول جزيء بدائي بدأ سلسلة طويلة من الأحداث الكيميائية التي أدت إلى كل ما تراه حولك اليوم.
على الرغم من وجود نظرية طويلة للوجود ، كان الافتقار إلى أدلة الرصد لهذا الجزيء يمثل مشكلة للعلماء. لقد وجدوها الآن ويمكن لهؤلاء العلماء أن يرتاحوا بسهولة. نظريتهم التنبؤية تفوز!
في الأيام الأولى للكون ، كان هناك نوعان أو ثلاثة أنواع من الذرات. تم إنشاء الهيدروجين والهيليوم وكميات ضئيلة من الليثيوم من خلال Big Bang Nucleosynthesis. تم تزوير جميع العناصر الأخرى في وقت لاحق ، في النجوم. غالبًا ما تكون النجوم هيدروجين ، لكن لا يمكن أن تتكون النجوم من ذرات الهيدروجين البسيطة التي تم إنشاؤها في الانفجار الكبير. تتكون من ما يسمى الهيدروجين الجزيئي. ولا يمكن أن يتشكل الهيدروجين الجزيئي بدون ما يسمى "الجزيء الأول" ، وهو مزيج من الهيليوم والهيدروجين يسمى هيدريد الهيليوم. تقول النظرية أن هيدريد الهيليوم تم إنشاؤه بعد حوالي 100000 سنة من الانفجار العظيم.
"كان من المثير جدًا أن أكون هناك ، حيث أرى هيدريد الهيليوم لأول مرة في البيانات."
رولف جاستن ، معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي ، المؤلف الرئيسي.
يمكنك تصوير لقطة سريعة للكون المبكر ، في مكان ما بعد 100000 سنة تقريبًا بعد الانفجار العظيم. كان الجو حارًا جدًا ، وكان يسكنه الهيدروجين والهيليوم والقليل جدًا من الليثيوم. قبل تنوع السكان الذري للكون ، كان على النجوم أن تتشكل. بمجرد أن بدأت في البرودة ، بدأت الظروف تنضج لتكوين النجوم.
ولكن يجب أن يحدث شيء آخر أيضًا. لم يكن تبريد الكون كافياً لتكوين النجوم. كان لا بد من إنشاء الهيدروجين الجزيئي ، لأن النجوم مصنوعة إلى حد كبير من الهيدروجين الجزيئي بدلاً من الهيدروجين الذري البسيط الذي أنشأه الانفجار الكبير. (لا يطلق العلماء عليه اسم الهيدروجين البسيط ، بل يسمونه مجرد ذرة هيدروجين.)
معظم الهيدروجين في الكون هو هيدروجين جزيئي.
لكن ذرة هيدروجين واحدة نادرة في عالم اليوم ، لأنها جذرية حرة ومتفاعلة حقًا. الهيدروجين الجزيئي هو جزيء ترتبط فيه ذرتان هيدروجين معًا. يتكون من بروتون واثنين من الإلكترونات وهو مستقر للغاية. هناك سحب هائلة من الهيدروجين الجزيئي في الفضاء ، ونجوم من تلك السحب.
كانت المشكلة في بدايات الكون ، على الرغم من أن الأمور كانت تبرد ، إلا أن الهيدروجين الجزيئي لا يمكن أن يتشكل من تلقاء نفسه. وفقًا للنظرية ، يحتاج الهيدروجين البسيط إلى التفاعل مع جزيء معين قبل أن يتشكل ، وهذا الجزيء هو هيدريد الهيليوم. كان هذا التفاعل الخطوة الأولى في كيمياء الكون.
"إن عدم وجود دليل على وجود هيدريد الهيليوم في الفضاء بين النجوم كان معضلة لعلم الفلك لعقود."
رولف جاستن ، معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي ، المؤلف الرئيسي
على الرغم من أن النظرية قالت إن هيدريد الهيليوم يجب أن يكون موجودًا ، وعلى الرغم من أنه تم إنشاؤه في مختبر في عام 1925 ، إلا أنه لم يسبق له مثيل في الفضاء. إنه جزيء مخلل للغاية ، لأن إحدى ذراته المكونة هي الهيليوم ، وهو غاز نبيل. وترفض الغازات النبيلة التفاعل مع الذرات الأخرى.
لكنهم الآن وجدوا ذلك.
في ورقة نشرت في 17 أبريل في مجلة الطبيعة ، أوضح الباحثون كيف اكتشفوا هيدريد الهيليوم بعيد المنال في
سديم الكواكب يسمى NGC 7027. استخدموا SOFIA من وكالة ناسا ، أو
المرصد الستراتوسفيري لعلم الفلك بالأشعة تحت الحمراء ، للبحث عنه. SOFIA هي طائرة بوينج 747SP محولة تطير على ارتفاعات عالية ، فوق التداخل الجوي ، لإجراء الملاحظات.
منذ السبعينيات ، اعتقد العلماء أن NGC 7027 كان لديه الظروف اللازمة لوجود هيدريد الهيليوم. باستخدام SOFIA ، وأداة GREAT الألمانية (جهاز الاستقبال الألماني بترددات Terahertz) قاموا بفحص NGC 7027 ، بحثًا عن الجزيء المراوغ.
المؤلف الرئيسي لهذه الورقة هو رولف جيستن من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي في بون بألمانيا. قال جاستن: "إن عدم وجود أدلة على وجود هيدريد الهيليوم في الفضاء بين النجوم كان معضلة لعلم الفلك لعقود".
السديم الكوكبي حيث اكتشف الباحثون لديه الظروف المناسبة لتكوين هيدريد الهيليوم. وضع النجم المسن الحرارة المناسبة والأشعة فوق البنفسجية على الجزيء لتكوينه. لكن النظر إلى داخل هذا السديم أثبت أنه صعب للغاية. أدخل SOFIA و GREAT.
يشبه SOFIA نوعًا ما الهجين بين التلسكوب الأرضي والتلسكوب الفضائي. من وجهة نظره عند 45000 قدم ، فهو خالي من معظم تداخلات الغلاف الجوي للأرض ، مثل التلسكوب الفضائي. لكنها أكثر مرونة. إنها تهبط بين المهام ويمكن تغيير أجهزتها أو تكييفها بشكل أكبر مثل التلسكوب الأرضي.
في هذه الحالة ، تم دمج أداة GREAT الألمانية في SOFIA في عام 2011. وقد ثبت أنها محورية في هذا البحث.
قال نسيم رانجوالا ، نائب عالم المشاريع في SOFIA: "نحن قادرون على تغيير الأدوات وتثبيت أحدث التقنيات". "تتيح لنا هذه المرونة تحسين الملاحظات والرد على الأسئلة الأكثر إلحاحًا التي يريد العلماء الإجابة عليها".
في عام 2016 ، بدأ العلماء في استخدام SOFIA و GREAT للتحقيق في NGC 7027 لهيدريد الهيليوم المراوغ. يتفاعل كل جزيء مع الضوء على تردده الخاص ، وتم ضبط GREAT على تردد هيدريد الهيليوم ، على غرار توليف راديو لمحطة معينة. وحالفهم الحظ أخيرًا.
"كان من الممتع جدًا أن أكون هناك ، حيث أرى هيدريد الهيليوم لأول مرة في البيانات. يؤدي هذا إلى بحث طويل إلى نهاية سعيدة ويزيل الشكوك حول فهمنا للكيمياء الكامنة للكون المبكر.
رولف جاستن ، معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي ، المؤلف الرئيسي
قال Guesten: "كان من المثير جدًا أن أكون هناك ، حيث أرى هيدريد الهيليوم لأول مرة في البيانات". "هذا يجلب بحثًا طويلًا إلى نهاية سعيدة ويزيل الشكوك حول فهمنا للكيمياء الكامنة للكون المبكر."
هذه هي النهاية السعيدة لواحد من أطول الأسئلة المطروحة في علم الفلك. يعد الاستنتاج الناجح للبحث عن هيدريد الهيليوم انتصارًا جيدًا لنظرياتنا التي توضح بالتفصيل تطور الكون.
إذا كنت صديقًا لعالمة ، فانتقل إليها واشترِ بعض البيرة لعملها الشاق!
المصادر
- ورقة بحثية: الكشف الفيزيائي الفلكي لأيون هيدريد الهيليوم HeH
- بيان صحفي: تم العثور على النوع الأول من الجزيء في الكون في النهاية
- ناسا: موقع SOFIA
- ويكيبيديا: هيليوم هيدريد
