3 Minuten
Pirmosios Visatos chemijos atkūrimas laboratorijoje
Pirmą kartą mokslininkams pavyko tiksliai atkurti chemines reakcijas, kurios lėmė pirmųjų Visatos molekulių susidarymą po Didžiojo sprogimo. Tarptautinė mokslininkų komanda, vadovaujama Maks Planko branduolinės fizikos instituto (MPIK) fizikų Vokietijoje, atidžiai atkūrė šiuos pradžios laikų procesus specialiai įrengtose laboratorijose. Šis eksperimentas atskleidžia esminius Visatos chemijos procesus, be kurių nebūtų buvę nei žvaigždžių, nei gyvybės.
Mokslinis kontekstas: nuo Didžiojo sprogimo iki molekulių formavimosi
Prieš maždaug 13,8 milijardo metų jaunystės Visata buvo itin karšta ir tanki plazma, kurioje vyko intensyvios elementariųjų dalelių sąveikos, tačiau nebuvo stabilių atomų. Praėjus apie 380 000 metų, Visata atvėso tiek, kad protonai ir elektronai galėjo susijungti į pirmuosius atomus, sudarydami vandenilį, helį ir nedidelį kiekį ličio. Šie elementai iki šiol yra pagrindiniai kosminių procesų statybiniai blokai.
Lemiamas lūžis įvyko tuomet, kai susiformavo helio hidrido jonas (HeH+) – molekulė, sudaryta iš neutralaus helio atomo ir jonizuoto vandenilio atomo. Ši molekulė suvaidino esminį vaidmenį vėsinant Visatą ir inicijuojant molekulinio vandenilio (H2) susidarymą, kuris yra gausiausia molekulė kosmose ir žvaigždžių formavimosi šaltinis.
Helio hidrido jono (HeH+) reikšmė žvaigždėms formuotis
HeH+ kelia didelį susidomėjimą astronomams ir astrochemikams dėl savo unikalios sandaros, pasižyminčios stipriu elektra įkrautų komponentų atskyrimu. Būtent ši savybė leido HeH+ efektyviai spinduliuoti energiją esant kosminiams elektriniams laukams, greitai vėsinant pirminės Visatos dujas. Toks vėsinimas sudarė sąlygas molekulinių debesų tankėjimui ir vėlesniam žvaigždžių užgimimui gravitacijos poveikyje.
Be HeH+ veikimo, Visata nebūtų galėjusi greitai ataušti, kad susiformuotų tankūs molekuliniai debesys, reikalingi pirmiesiems žvaigždžių ir galaktikų branduoliams.
„Kūdikio“ Visatos atkūrimas: kriogeninės saugojimo žiedo eksperimentas
Siekdama imituoti pirmykštės Visatos sąlygas, MPIK komanda pasitelkė itin pažangų kriogeninį saugojimo žiedą. Ši laboratorinė įranga leidžia vykdyti eksperimentus vos kelių laipsnių virš absoliutaus nulio temperatūroje (~-267°C) ir beveik vakuuminėmis sąlygomis – itin panašiomis į taržvaigždinės erdvės tuštumą.
Tokiomis sąlygomis tyrėjai analizavo reakcijas tarp helio hidrido jonų (HeH+) ir deuterio (sunkiųjų vandenilio izotopų, turinčių papildomą neutroną). Preciziškai valdydami HeH+ ir neutralų deuterį, jie stebėjo reakcijas, rezultatuose aptikdami neutralius helio atomus ir jonizuotas vandenilio-deuterio molekules (HD+). Šios tarpinės molekulės buvo svarbios suprantant pirmykštę Visatos evoliuciją.
Tyrėjai taip pat keitė susidūrimo energijas (tai atitinka temperatūros pokyčius), siekdami nustatyti, kaip efektyviai šios reakcijos vyko ankstyvoje, šaltoje Visatoje.
Pagrindiniai atradimai ir jų reikšmė astrofizikai
Priešingai ankstesnėms teorinėms prognozėms, buvo nustatyta, kad HeH+ reakcijų efektyvumas išlieka stabilus nepaisant žemos temperatūros. Tai reiškia, jog HeH+ nuolat išliko svarbus veiksnys vėsinant Visatą ir vis dar lėmė molekulinio vandenilio formavimąsi bei pirmųjų žvaigždžių gimimą.
Fizikas Holgeris Kreckelis iš Max Plancko instituto komentuoja: „Ankstesni modeliai prognozavo, kad žemoje temperatūroje reakcijų tempai vis smarkiai sumažės, tačiau mūsų rezultatai ir papildomos skaičiavimų patikros to nepatvirtino. Tai leidžia manyti, kad HeH+ sąveika su vandeniliu ir deuteriu turėjo žymiai didesnės įtakos ankstyvos Visatos chemijai nei manyta iki šiol.“
Šie eksperimentiniai rezultatai ne tik patvirtina ankstesnes teorijas apie pirmines molekules, bet ir kelia iššūkių modeliams, aiškinantiems svarbiausių kosminių reakcijų priklausomybę nuo temperatūros. Glaudesnis šių procesų supratimas padeda detaliau suvokti žvaigždžių formavimosi, kosminės chemijos ir galaktikų evoliucijos eigą.
Ateities kryptys: laboratorinė astrochemija
Ankstyvosios Visatos sąlygų atkūrimas laboratorijoje žymi svarbų postūmį astrofizikoje ir astrochemijoje. Šio tyrimo rezultatai atveria galimybes dar giliau tyrinėti molekulinio kosmoso prigimtį – nuo paprasčiausių molekulių atsiradimo iki milžiniškų galaktikų formavimosi po Didžiojo sprogimo.
Kol mokslininkai toliau analizuoja pagrindines reakcijas ekstremaliomis kosminėmis sąlygomis, traktuojama, kad įgauname išsamesnį supratimą apie cheminius procesus, formuojančius Visatą. Tai taip pat svarbu ieškant sudėtingesnių molekulių ar net gyvybės ženklų už Žemės ribų.
Išvados
Rekonstravus pirmąsias Visatos chemines reakcijas laboratorijoje, panašioje į ankstyvąjį kosmosą, mokslininkai įgijo svarbių naujų žinių apie molekulinio vandenilio kilmę ir žvaigždžių formavimąsi. Helio hidrido jonų (HeH+) vaidmuo kaip esminių kosminės chemijos tarpininkų dabar atrodo svarbesnis nei bet kada anksčiau. Šie tyrimai ne tik atsako į ilgalaikius klausimus apie pirmykštę Visatos chemiją, bet ir atveria kelią tolimesniems tyrimams, siekiant išgryninti mūsų kosminės kilmės supratimą.
Quelle: aanda
Kommentare