کشف نقش کلیدی اولین مولکول جهان در شکل‌گیری ستارگان

01

از 06

بازسازی شرایط کیهان اولیه در آزمایشگاه

دانشمندان در آزمایشگاه Cryogenic Storage Ring هایدلبرگ، برای مطالعه رفتار این مولکول باستانی در لحظات اولیه پس از مه‌بانگ (بیگ بنگ)، شرایط کیهان اولیه را شبیه‌سازی کردند. این آزمایشگاه منحصربه‌فرد، تنها مرکز در جهان است که می‌تواند محیطی مانند فضای بین‌ستاره‌ای را با دمای بسیار پایین (فقط چند درجه بالاتر از صفر مطلق، یعنی حدود ۲۷۳- درجه سانتی‌گراد) ایجاد کند.

محققان در این آزمایش، یون‌های ⁺HeH را با یک دسته از اتم‌های دوتریوم خنثی برخورد دادند تا برای اولین ‌بار ببینند که این مولکول در دمای خیلی پایین به چه صورت واکنش نشان می‌دهد.

02

از 06

آغاز شیمی کیهانی با ⁺HeH

⁺HeH ترکیبی ساده از یک اتم هلیوم و یک پروتون است، که اندکی پس از مه‌بانگ شکل گرفت و نخستین پیوند شیمیایی در جهان را رقم زد. این مولکول، زمینه‌ساز تشکیل مولکول هیدروژن (H₂) (سوخت اصلی ستارگان) بوده است.

تا پیش از این تصور می‌شد که ⁺HeH فقط نقشی حاشیه‌ای در فرایندهای خنک‌سازی ایفا کرده، که به انقباض و شکل‌گیری ستارگان اولیه کمک کرده‌اند. اما نتایج جدید این تصور را زیر سؤال برده است.

03

از 06

شکل‌گیری اولین ستارگان، واکنشی فراتر از انتظار

برخلاف باورهای قدیمی که فکر می‌کردند مولکول ⁺HeH در دمای پایین کمتر واکنش نشان می‌دهد، آزمایش‌های جدید نشان دادند که سرعت واکنش آن با دوتریوم تقریباً تغییر نمی‌کند.

دکتر هولگر، یکی از پژوهشگران این مطالعه در این‌باره گفت: «نظریه‌های قبلی پیش‌بینی کرده بودند که احتمال واکنش در دماهای پایین به شدت کاهش می‌یابد، اما نتایج آزمایش‌های ما و محاسبات نظری جدید، این پیش‌بینی را تأیید نکردند.»

04

از 06

نقشی حیاتی در خنک‌سازی کیهان تاریک

در دوره‌ای که به نام «عصر تاریک کیهانی» شناخته می‌شود و هنوز هیچ ستاره‌ای در جهان شکل نگرفته بود، مولکول‌هایی مانند ⁺HeH نقش بسیار مهمی در خنک‌سازی گازهای اولیه داشتند. از آنجا که اتم‌های هیدروژن در دماهای زیر ۱۰٬۰۰۰ درجه سانتی‌گراد توانایی کافی برای دفع گرما را به‌طور مؤثر ندارند، مولکول‌هایی با گشتاور دوقطبی مانند ⁺HeH با انتشار تابش الکترومغناطیسی، به خروج انرژی اضافی از این گازها کمک می‌کردند و شرایط را برای تحولات بعدی در جهان فراهم می‌ساختند.

همچنین زمانی که مولکول ⁺HeH با اتم‌های هیدروژن برخورد می‌کند، تجزیه می‌شود و یون‌هایی به‌وجود می‌آیند که در ادامه باعث تشکیل مولکول‌های هیدروژن می‌شوند. این فرایند برای شکل‌گیری اولین ستارگان در جهان بسیار حیاتی بوده است.

05

از 06

بازنگری در شیمی شکل‌گیری اولین ستارگان

پژوهش‌های اخیر تیم MPIK نشان داده‌اند که برخی از نظریه‌های قدیمی درباره مولکول ⁺HeH اشتباه بوده‌اند. همکاری این تیم با یک فیزیک‌دان نظری به نام یوهان اسکریبانو، باعث شد سطح انرژی پتانسیل این مولکول اصلاح شود،‌ که یک عامل مهم در پیش‌بینی رفتار آن در شبیه‌سازی‌های علمی است.

اصلاح این سطح پتانسیل، شبیه‌سازی‌ها را با داده‌های تجربی هماهنگ کرده و درک دانشمندان از شیمی کیهان اولیه را افزایش داده است.

این یافته‌ها، ⁺HeH را از یک مولکول منفعل به مولکولی فعال در صحنه شکل‌گیری ستارگان تبدیل می‌کنند.

06

از 06

یادآوری یک حقیقت کیهانی

⁺HeH به‌ عنوان کهن‌ترین مولکول شناخته‌شده در کیهان، بار دیگر به ما یادآوری کرد که حتی ابتدایی‌ترین شیمی کیهانی نیز هنوز رازهایی در خود نهفته دارد. این رازها درک ما را از جهان تا اعماق زمان و فضا گسترش می‌دهند.