Впервые учёные смогли воссоздать первые молекулы Вселенной — ионы гелия гидрида (HeH+), сыгравшие ключевую роль в формировании первых звёзд. Эксперимент, проведённый в условиях, имитирующих раннюю Вселенную, показал неожиданные результаты, которые заставляют пересмотреть химические процессы звёздообразования. Исследование, опубликованное 24 июля 2025 года в журнале Astronomy and Astrophysics, раскрывает новые детали о рождении звёзд спустя сотни миллионов лет после Большого взрыва.

Первые молекулы Вселенной

После Большого взрыва 13,8 миллиарда лет назад Вселенная была невероятно горячей. Через несколько секунд температура упала, позволив сформироваться первым элементам — водороду и гелию. Спустя сотни тысяч лет, когда температура снизилась ещё больше, атомы начали соединяться с электронами, образуя первые молекулы. Ион гелия гидрида (HeH+) считается первой молекулой во Вселенной, необходимой для формирования молекулярного водорода (H₂) — самой распространённой молекулы сегодня.

Эти молекулы сыграли ключевую роль в зарождении первых звёзд спустя сотни миллионов лет. Для начала ядерного синтеза в протозвёздах атомы и молекулы должны сталкиваться, выделяя тепло. Этот процесс неэффективен при температурах ниже 10 000 °C, но ионы HeH+ способны поддерживать реакции даже в холодных условиях, что делает их важным фактором звёздообразования.

Эксперимент: воссоздание ранней Вселенной

Учёные из Института ядерной физики Макса Планка в Германии провели эксперимент, чтобы изучить поведение ионов гелия гидрида. Они:

  • Охладили ионы HeH+ до −267 °C и хранили их до 60 секунд.
  • Столкнули их с тяжёлым водородом (дейтерием), имитируя условия, при которых в протозвёздах начинался синтез.
  • Проанализировали, как температура влияет на скорость реакций.

Результаты удивили исследователей: скорость реакций между ионами HeH+ и водородом не снижалась при низких температурах, вопреки предыдущим теориям. «Ранее считалось, что вероятность реакций значительно падает при низких температурах, но ни эксперимент, ни новые расчёты этого не подтвердили», — отметил соавтор исследования Хольгер Крекель.

Почему это важно?

Открытие меняет представление о роли ионов гелия гидрида в ранней Вселенной:

  • Более важная роль: Реакции с HeH+ оказались «значительно важнее для химии ранней Вселенной, чем предполагалось ранее». Это означает, что ионы могли ускорять звёздообразование даже в холодных условиях.
  • Пересмотр моделей: Новые данные требуют переоценки химических процессов, связанных с формированием первых звёзд. Количество ионов HeH+ могло влиять на скорость и эффективность звёздообразования.
  • Широкие последствия: Результаты могут повлиять на модели эволюции ранней Вселенной, включая формирование галактик и распределение молекулярного водорода.

Контекст и перспективы

Ионы гелия гидрида были впервые обнаружены в космосе в 2019 году с помощью телескопа SOFIA, что подтвердило их существование спустя десятилетия теоретических предположений. Новый эксперимент стал первым, где эти молекулы были воссозданы в лабораторных условиях, имитирующих раннюю Вселенную. Это достижение открывает путь для дальнейших исследований:

  • Изучение других молекул, таких как молекулярный водород, и их роли в звёздообразовании.
  • Уточнение моделей химической эволюции Вселенной.
  • Применение данных для анализа данных с телескопов, таких как Джеймс Уэбб, для поиска следов ранних молекул в космосе.

Вкратце…

Учёные впервые воссоздали ионы гелия гидрида (HeH+), первые молекулы Вселенной, и обнаружили, что их реакции не замедляются при низких температурах, вопреки старым теориям. Исследование, опубликованное 24 июля 2025 года в Astronomy and Astrophysics, показывает, что HeH+ играли более важную роль в звёздообразовании, чем считалось. Это открытие заставляет пересмотреть химию ранней Вселенной и подчёркивает, как лабораторные эксперименты могут раскрывать тайны космоса, меняя наше понимание его эволюции.