Впервые учёные воссоздали процесс образования первых молекул во Вселенной, чтобы больше узнать о формировании звёзд на ранних этапах.
Самые ранние звёзды сформировались через сотни миллионов лет после Большого взрыва в результате реакций с участием ионов гидрида гелия. (Изображение предоставлено Джоном Ландом через Getty Images)
Исследователи впервые воссоздали первые во Вселенной молекулы, смоделировав условия ранней Вселенной.
Полученные результаты меняют наше представление о происхождении звёзд в ранней Вселенной и «требуют переоценки химии гелия в ранней Вселенной», — пишут исследователи в новом исследовании, опубликованном 24 июля в журнале Astronomy and Astrophysics.
Первые звёзды во Вселенной
Сразу после Большого взрыва 13,8 миллиарда лет назад Вселенная была подвержена воздействию чрезвычайно высоких температур. Однако через несколько секунд температура снизилась настолько, что водород и гелий смогли образоваться в качестве первых в истории элементов. Через сотни тысяч лет после образования этих элементов температура стала достаточно низкой, чтобы их атомы могли соединяться с электронами в различных конфигурациях, образуя молекулы.
По мнению исследователей, первой в истории молекулой стал ион гидрида гелия, или HeH+. Этот ион необходим для образования молекулярного водорода, который в настоящее время является самой распространённой молекулой во Вселенной.
По словам исследователей, ионы гидрида гелия и молекулярный водород сыграли ключевую роль в формировании первых звёзд сотни миллионов лет спустя.
Чтобы протозвезда начала термоядерный синтез — процесс, который позволяет звёздам вырабатывать собственную энергию, — атомы и молекулы внутри неё должны столкнуться друг с другом и выделить тепло. Этот процесс практически неэффективен при температуре ниже 18 000 градусов по Фаренгейту (10 000 градусов по Цельсию).
Однако ионы гидрида гелия особенно хорошо подходят для продолжения этого процесса даже при низких температурах и считаются потенциально важным фактором звездообразования в ранней Вселенной.
Таким образом, количество ионов гидрида гелия во Вселенной могло существенно повлиять на скорость и эффективность формирования первых звёзд, говорится в заявлении исследователей.
Гораздо важнее, чем предполагалось ранее
В новом исследовании учёные воссоздали ранние реакции гидрида гелия, охладив ионы до минус 449 градусов по Фаренгейту (минус 267 градусов по Цельсию) на срок до 60 секунд, прежде чем заставить их столкнуться с тяжёлым водородом. Исследователи изучили, как менялись столкновения, подобные тем, что запускают термоядерный синтез в звёздах, в зависимости от температуры частиц.
Они обнаружили, что скорость реакции между этими частицами не снижается при более низких температурах, что противоречит прежним предположениям.
«Предыдущие теории предсказывали значительное снижение вероятности реакции при низких температурах, но мы не смогли подтвердить это ни в ходе эксперимента, ни с помощью новых теоретических расчётов», — говорится в заявлении соавтора исследования Хольгера Крекеля, который изучает ядерную физику в Институте ядерной физики Общества Макса Планка в Германии.
Это новое открытие, касающееся функционирования ионов гидрида гелия, ставит под сомнение представления физиков о формировании звёзд в ранней Вселенной. По словам Крекеля, реакции между ионами и другими атомами «по-видимому, играли гораздо более важную роль в химии ранней Вселенной, чем предполагалось ранее».