In een laboratorium vonden de eerste reacties plaats in de ruimte in omstandigheden die vergelijkbaar zijn met die van het oorspronkelijke universum, vóór de geboorte van de sterren, wat veel discrepanties met de huidige hypothesen opmerkte. Een onderzoeksgroep onder leiding van Max Planck Institute ((Duitsland) zou daarom de theorieën over de oorsprong van het universum kunnen herschrijven.
Zoals wetenschappers uitleggen, was het heh⁺ ion het eerste molecuul dat zich in het oorspronkelijke universum vormde, vóór de geboorte van de sterren. En nu, voor het eerst in de geschiedenis, hebben de onderzoekers de reacties van HEH bestudeerd+ Met waterstofatomen in omstandigheden die vergelijkbaar zijn met die van dat begin van het universum. En het lijkt niet te zijn verdwenen, zoals tot nu toe altijd is gedacht.
Wat we weten over de oorsprong van het universum
Onmiddellijk na de oerknal, die ongeveer 13,8 miljard jaar geleden plaatsvond, werd het universum gedomineerd door onvoorstelbaar hoge temperaturen en dichtheid. Na enkele seconden was het echter voldoende afgekoeld om de vorming van de eerste elementen, voornamelijk waterstof en helium, mogelijk te maken.
Op dit punt waren deze nog steeds volledig geïoniseerd (d.w.z. de atomen waren niet neutraal), omdat het bijna 380.000 jaar duurde zodat de temperatuur in het universum voldoende daalde om de vorming van neutrale atomen door recombinatie met vrije elektronen mogelijk te maken. Dit opende de weg naar de eerste chemische reacties.
Het oudste bestaande molecuul is het hydroom ion van Elio (heh+), gevormd door een atoom van neutraal helium en een geïoniseerde waterstofkern: dit ion heeft het begin gemarkeerd van een kettingreactie die leidde tot de vorming van moleculaire waterstof (h2), verreweg het meest voorkomende molecuul in de kosmos.
Er gingen echter enkele honderden miljoenen jaren voorbij vóór de geboorte van de eerste sterren, maar tijdens deze oorspronkelijke fase eenvoudige moleculen zoals heh+ en h2 Ze waren essentieel voor hun training.
Zodat de wolk van gas in tegenstelling tot een aansprakelijkheidsprotostella in tegenstelling tot het punt waar nucleaire fusie kan beginnen, moet de warmte worden afgevoerd, en dit gebeurt door botsingen die atomen en moleculen opwinden, die op hun beurt deze energie uitzenden in de vorm van fotonen.
Onder ongeveer 10.000 graden Celsius wordt dit proces echter niet effectief voor waterstofatomen, terwijl verdere koeling alleen kan plaatsvinden door moleculen en ionen die in staat zijn om verdere energie uit te zenden door rotatie en trillingen, en onder deze heh+ Het is vooral effectief bij deze lage temperaturen, en voor deze lange, beschouwd als een potentieel belangrijke kandidaat voor koeling bij de vorming van de eerste sterren.
Bijgevolg kan de concentratie van Elio’s hydrucieuze ionen in het universum een significante impact hebben op de effectiviteit van primordiale stellaire vorming. Tijdens deze periode vertegenwoordigden botsingen met vrije waterstofatomen in feite een belangrijk afbraakpad voor HEH+het vormen van een atoom van neutraal helium en één ion h2+. Deze reageerden vervolgens met een ander H -atoom om een neutrale H₂ en een protonmolecuul te vormen, wat leidt tot de vorming van moleculaire waterstof.
Wat de onderzoekers nu hebben ontdekt
De onderzoekers van Max-Planck-Institut Für Kernphysik Van Heidelberg Voor het eerst slaagden ze erin om deze reactie met succes opnieuw te maken in omstandigheden die vergelijkbaar zijn met die van het primordiale universum. Ze bestudeerden met name de reactie van het HEH -ion+ Met Deuterio (D), een waterstofatoom met een extra neuron (daarom isotoop genoemd), zodat de reactie leidde tot de vorming van het HD -ion+ in plaats van h2+naast het atoom van Elio Neutro.
Het experiment werd uitgevoerd bij de Cryogene opslagring (CSR), een uniek hulpmiddel ter wereld voor de studie van moleculaire en atomaire reacties in omstandigheden die vergelijkbaar zijn met ruimtelijke. Voor dit doel zijn de HEH -ionen+ Ze werden opgeslagen in het instrument en bovenop een bundel neutrale Deuterio -atomen.
Door de relatieve snelheden van de twee bundels van deeltjes aan te passen, hebben wetenschappers kunnen bestuderen hoe de botsingssnelheid varieert volgens de botsingsenergie, op zijn beurt direct gerelateerd aan de temperatuur. En ze ontdekten dat, in tegenstelling tot eerdere voorspellingen, de snelheid van deze reactie niet vertraagt met de afname van de temperatuur, maar deze blijft bijna constant.
Eerdere theorieën omvatten een significante daling van de kans op reactie bij lage temperaturen, maar we waren niet in staat om het te verifiëren in het experiment of in de nieuwe theoretische berekeningen van onze collega’s – legt Holger Kreckel uit, die de studie leidde – HEH’s reacties+ Met neutrale en Deuterio -waterstof lijken ze veel belangrijker te zijn geweest voor de chemie in het oorspronkelijke universum van wat eerder is verondersteld
Deze observatie is consistent met de resultaten van een groep theoretische fysici geleid door Yohann Scribanodie een fout identificeerde in de eerder gemaakte berekeningen voor deze reactie.
Sinds de concentraties van moleculen zoals heh+ en moleculaire waterstof (h2 of HD) speelde een belangrijke rol bij de vorming van de eerste sterren, dit resultaat brengt ons dichter bij de oplossing van het mysterie van hun training
De auteurs concluderen
Met andere woorden, hoewel ze de oerknal niet betwisten, stellen de onderzoekers twijfels over de huidige theorie van wat er onmiddellijk na gebeurde, vooral met betrekking tot de geboorte van de sterren.
Zijn we daarom dicht bij de oplossing? Te vroeg om te zeggen, maar dit onderzoek is zeker de gelederen als een mijlpaal op de weg in de goede richting.
Het onderzoek is gepubliceerd op Astronomie en astrofysica.
Wil je ons nieuws niet verliezen?
Bronnen: Max-Planck-Institut Für Kernphysik / Astronomy & Astrophysics
