يتطلب وجود مجموعة غنية ومتنوعة من الجزيئات المعقدة لأشياء مثل النجوم والمجرات والكواكب وأشكال الحياة مثلنا. ولكن قبل أن يتواجد البشر وجميع الجزيئات المعقدة التي نتكون منها ، كان لابد أن يكون هناك أول جزيء بدائي بدأ سلسلة طويلة من الأحداث الكيميائية التي أدت إلى كل ما تراه من حولك اليوم.
على الرغم من أنه كان من المفترض منذ فترة طويلة وجوده ، إلا أن الافتقار إلى أدلة الرصد لهذا الجزيء كان يمثل مشكلة للعلماء. لقد اكتشفوا ذلك الآن ويمكن لهؤلاء العلماء الراحة بسهولة. نظريتهم التنبؤية تفوز!
في الأيام الأولى للكون ، كان هناك نوعان أو ثلاثة أنواع فقط من الذرات. تم إنشاء الهيدروجين والهيليوم وكميات ضئيلة من الليثيوم بواسطة التركيب النووي الانفجار الكبير . تم تشكيل جميع العناصر الأخرى لاحقًا ، في النجوم. النجوم هي في الغالب هيدروجين ، لكن النجوم لا يمكن أن تتكون من ذرات الهيدروجين البسيطة التي نشأت في الانفجار العظيم. تتشكل مما يسمى الهيدروجين الجزيئي. ولا يمكن أن يتشكل الهيدروجين الجزيئي بدون ما يسمى بـ 'الجزيء الأول' ، وهو مزيج من الهيليوم والهيدروجين يسمى هيدريد الهليوم. تقول النظرية أن هيدريد الهليوم تم إنشاؤه بعد حوالي 100000 عام من الانفجار العظيم.
'كان من المثير أن أكون هناك ، ورؤية هيدريد الهليوم لأول مرة في البيانات.'
رولف جيستين ، معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي ، المؤلف الرئيسي.
يمكنك تصوير لقطة مبكرة للكون المبكر ، في مكان ما بعد حوالي 100000 عام من الانفجار العظيم. كان الجو حارًا جدًا ، ولم يكن يسكنه سوى الهيدروجين والهيليوم والجزء الضئيل من الليثيوم. قبل أن يتنوع السكان الذريون للكون ، كان على النجوم أن تتشكل. بمجرد أن بدأت في البرودة ، بدأت الظروف تنضج لتشكل النجوم.
ولكن كان لابد من حدوث شيء آخر أيضًا. لم يكن تبريد الكون كافيًا لتشكيل النجوم. كان لابد من إنشاء الهيدروجين الجزيئي ، لأن النجوم تتكون إلى حد كبير من الهيدروجين الجزيئي بدلاً من الهيدروجين الذري البسيط الناتج عن الانفجار العظيم. (لا يسميه العلماء مجرد هيدروجين ، بل يسمونه مجرد ذرة هيدروجين).
معظم الهيدروجين الموجود في الكون عبارة عن هيدروجين جزيئي.
لكن ذرة هيدروجين واحدة نادرة في عالم اليوم ، لأنها ذرة الجذور الحرة وهو حقًا رد الفعل. الهيدروجين الجزيئي هو جزيء ترتبط فيه ذرتان من الهيدروجين ببعضهما البعض. يتكون من بروتونين وإلكترونين وهو مستقر للغاية. هناك سحب هائلة من الهيدروجين الجزيئي في الفضاء ، ونجوم من تلك الغيوم.
انظر! إنه هيدريد الهليوم ، ما يسمى بالجزيء الأول. ائتمان الصورة: بواسطة CCoil (نقاش) - العمل الخاص ، CC BY-SA 3.0 ، https://commons.wikimedia.org/w/index.php؟curid=15038697
كانت المشكلة في بدايات الكون ، على الرغم من أن الأشياء كانت تهدأ ، لا يمكن أن يتشكل الهيدروجين الجزيئي من تلقاء نفسه. وفقًا للنظرية ، يحتاج الهيدروجين البسيط إلى التفاعل مع جزيء معين قبل أن يتشكل ، وهذا الجزيء كان كذلك هيدريد الهليوم . كان هذا التفاعل الخطوة الأولى في كيمياء الكون.
'كان عدم وجود دليل على وجود هيدريد الهليوم في الفضاء بين النجوم معضلة لعلم الفلك لعقود.'
رولف جيستين ، معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي ، المؤلف الرئيسي
على الرغم من أن النظرية تقول أن هيدريد الهليوم يجب أن يكون موجودًا ، وعلى الرغم من أنه تم إنشاؤه في معمل في عام 1925 ، إلا أنه لم يسبق له مثيل في الفضاء. إنه جزيء مخلل للغاية ، لأن إحدى ذراته المكونة هي الهيليوم ، وهو غاز نبيل. والغازات النبيلة مترددة للغاية في التفاعل مع الذرات الأخرى.
لكنهم اكتشفوا ذلك الآن.
في ورق نشرت في 17 أبريل في المجلة طبيعة سجية ، أوجز الباحثون كيف اكتشفوا هيدريد الهليوم بعيد المنال في
سديم كوكبي يسمى NGC 7027. استخدموا SOFIA التابع لناسا ، أو
مرصد الستراتوسفير لعلم الفلك بالأشعة تحت الحمراء للبحث عنه. صوفيا هي طائرة بوينج 747SP محولة تطير على ارتفاعات عالية فوق التداخل الجوي لعمل ملاحظات.
منذ سبعينيات القرن الماضي ، اعتقد العلماء أن NGC 7027 لديها الشروط اللازمة لوجود هيدريد الهيليوم. استخدام صوفيا ، وأداة GREAT الألمانية (جهاز استقبال ألماني بترددات تيراهيرتز) قاموا بفحص NGC 7027 بحثًا عن الجزيء المراوغ.
NGC 7027 ، السديم الكوكبي الشاب الكثيف حيث اكتشف العلماء هيدريد الهليوم المراوغ ، 'الجزيء الأول'. تبعد NGC 7027 حوالي 3000 سنة ضوئية في كوكبة الدجاجة. حقوق الصورة: بقلم ويليام ب. wikimedia.org/w/index.php؟curid=1583869
المؤلف الرئيسي لهذه الورقة هو رولف جيستين من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي في بون بألمانيا. قال جيستين: 'كان عدم وجود دليل على وجود هيدريد الهليوم في الفضاء بين النجوم معضلة لعلم الفلك لعقود من الزمن'.
يتمتع السديم الكوكبي الذي اكتشفه الباحثون بالظروف المناسبة لتكوين هيدريد الهيليوم. يقوم النجم المتقادم بإخراج الحرارة المناسبة والأشعة فوق البنفسجية لتكوين الجزيء. لكن النظر داخل هذا السديم كان صعبًا للغاية. أدخل صوفيا وجريت.
صوفيا هي شراكة بين وكالة ناسا ومركز الفضاء الألماني DLR. في هذه الصورة يكون التلسكوب بقطر 100 بوصة مرئيًا. حقوق الصورة: ناسا
صوفيا يشبه نوعًا ما هجينًا بين تلسكوب أرضي وتلسكوب فضائي. من وجهة نظرها على ارتفاع 45000 قدم ، فهي خالية من معظم التداخلات الجوية للأرض ، مثل التلسكوب الفضائي. لكنها أكثر مرونة. تهبط بين المهمات ويمكن تغيير أجهزتها أو تكييفها 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 مشروع صوفيا: 'نحن قادرون على تغيير الأدوات وتركيب أحدث التقنيات'. 'تسمح لنا هذه المرونة بتحسين الملاحظات والرد على الأسئلة الأكثر إلحاحًا التي يريد العلماء الإجابة عليها.'
في عام 2016 ، بدأ العلماء في استخدام SOFIA و GREAT للتحقيق NGC 7027 لهيدريد الهليوم المراوغ. يتفاعل كل جزيء مع الضوء على تردده الخاص ، ويتم ضبط GREAT على تردد هيدريد الهيليوم ، على غرار ضبط الراديو على محطة معينة. وفي النهاية حالفهم الحظ.
'كان من المثير أن أكون هناك ، ورؤية هيدريد الهليوم لأول مرة في البيانات. يؤدي هذا ببحث طويل إلى نهاية سعيدة ويزيل الشكوك حول فهمنا للكيمياء الأساسية للكون المبكر.
رولف جيستين ، معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي ، المؤلف الرئيسي
قال جيستين: 'كان من المثير أن أكون هناك ، ورؤية هيدريد الهليوم لأول مرة في البيانات'. 'يؤدي هذا ببحث طويل إلى نهاية سعيدة ويزيل الشكوك حول فهمنا للكيمياء الأساسية للكون المبكر.'
هذه هي النهاية السعيدة لواحد من أطول الأسئلة المطروحة في علم الفلك. يعد الاستنتاج الناجح للبحث عن هيدريد الهيليوم انتصارًا رائعًا لنظرياتنا التي توضح بالتفصيل تطور الكون.
إذا كنت صديقًا لعالم ، فاذهب واشتر لها بيرة وأظهر لها بعض التقدير لعملهم الشاق!
مصادر
- ورقة ابحاث: الكشف الفيزيائي الفلكي عن أيون هيدريد الهيليوم HeH
- خبر صحفى: تم العثور على النوع الأول من الجزيئات في الكون أخيرًا
- ناسا: موقع صوفيا
- ويكيبيديا: أيون هيدريد الهيليوم