PHâN TỬ ĐẦU TIêN Có THỂ Có TRONG VŨ TRỤ Đã ĐƯỢC NHìN THẤY TRONG KHôNG GIAN

Send

Nó cần một tập hợp các phân tử phức tạp phong phú và đa dạng cho những thứ như sao, thiên hà, hành tinh và các dạng sống như chúng ta tồn tại. Nhưng trước khi con người và tất cả các phân tử phức tạp mà chúng ta tạo ra có thể tồn tại, phải có phân tử nguyên thủy đầu tiên bắt đầu một chuỗi dài các sự kiện hóa học dẫn đến mọi thứ bạn thấy xung quanh bạn ngày hôm nay.

Mặc dù nó đã được lý thuyết hóa để tồn tại từ lâu, việc thiếu bằng chứng quan sát cho phân tử đó là vấn đề đối với các nhà khoa học. Bây giờ họ đã tìm thấy nó và những nhà khoa học có thể nghỉ ngơi dễ dàng. Lý thuyết dự đoán của họ chiến thắng!

Trong những ngày đầu của Vũ trụ, chỉ có hai hoặc ba loại nguyên tử. Hydrogen, helium và một lượng nhỏ lithium được tạo ra bởi quá trình tổng hợp hạt nhân Big Bang. Tất cả các yếu tố khác đã được rèn sau đó, trong các ngôi sao. Các ngôi sao chủ yếu là hydro, nhưng các ngôi sao không thể hình thành từ các nguyên tử hydro đơn giản được tạo ra trong Vụ nổ lớn. Chúng hình thành từ thứ mà người ta gọi là hydro phân tử. Và hydro phân tử không thể hình thành mà không có cái gọi là phân tử đầu tiên, một sự kết hợp của helium và hydro được gọi là helium hydride. Lý thuyết nói rằng helium hydride đã được tạo ra khoảng 100.000 năm sau Vụ nổ lớn.

Thật là thú vị khi ở đó, lần đầu tiên nhìn thấy helium hydride trong dữ liệu.

Rolf Guesten, Viện thiên văn vô tuyến Max Planck, tác giả chính.

Bạn có thể hình dung một bức ảnh chụp nhanh về Vũ trụ ban đầu, đâu đó khoảng 100.000 năm sau Vụ nổ lớn. Trời rất nóng và chỉ có hydro, heli và một chút lithium nhỏ. Trước khi dân số nguyên tử của Vũ trụ có thể đa dạng hóa, các ngôi sao phải hình thành. Khi trời bắt đầu lạnh, các điều kiện bắt đầu chín muồi để các ngôi sao hình thành.

Nhưng một cái gì đó đã phải xảy ra, quá. Sự làm mát của Vũ trụ đã không đủ để các ngôi sao hình thành. Hydro phân tử phải được tạo ra, vì các ngôi sao được tạo ra chủ yếu từ hydro phân tử chứ không phải hydro nguyên tử đơn giản được tạo ra bởi Big Bang. (Các nhà khoa học don lồng gọi nó là hydro đơn giản, họ gọi nó chỉ là một nguyên tử hydro.)

Hầu hết hydro trong vũ trụ là hydro phân tử.
Nhưng một nguyên tử hydro duy nhất rất hiếm trong Vũ trụ ngày nay, bởi vì nó là một gốc tự do và thực sự phản ứng. Hydro phân tử là một phân tử trong đó hai nguyên tử hydro được liên kết với nhau. Nó bao gồm hai proton và hai electron và rất ổn định. Có những đám mây hydro phân tử khổng lồ ngoài vũ trụ và những ngôi sao từ những đám mây đó.

Vấn đề trong Vũ trụ ban đầu là, mặc dù mọi thứ đang nguội dần, nhưng hydro phân tử không thể tự hình thành. Theo lý thuyết, hydro đơn giản cần phải tương tác với một phân tử cụ thể trước khi nó có thể hình thành và phân tử đó là helium hydride. Sự tương tác này là bước đầu tiên trong hóa học của Vũ trụ.

Việc thiếu bằng chứng về sự tồn tại của helium hydride trong không gian giữa các vì sao là một vấn đề nan giải đối với thiên văn học trong nhiều thập kỷ.

Rolf Guesten, Viện thiên văn vô tuyến Max Planck, tác giả chính

Mặc dù lý thuyết nói rằng helium hydride phải tồn tại, và mặc dù nó đã được tạo ra trong phòng thí nghiệm vào năm 1925, nó chưa bao giờ được nhìn thấy trong không gian. Nó có một phân tử rất kén, bởi vì một trong những nguyên tử cấu thành của nó là helium, một loại khí cao quý. Và các khí cao quý rất miễn cưỡng phản ứng với các nguyên tử khác.

Nhưng bây giờ họ đã tìm thấy nó.

Trong một bài báo xuất bản vào ngày 17 tháng 4 trên tạp chí Nature, các nhà nghiên cứu đã phác thảo cách họ phát hiện ra helium hydride khó nắm bắt trong
Tinh vân hành tinh có tên NGC 7027. Họ đã sử dụng NASA SOFIA, hoặc
Đài quan sát địa tầng cho thiên văn học hồng ngoại, để tìm kiếm nó. SOFIA là một chiếc Boeing 747SP được chuyển đổi, bay ở độ cao lớn, trên sự can thiệp của khí quyển, để thực hiện các quan sát.

Kể từ những năm 1970, các nhà khoa học nghĩ rằng NGC 7027 có các điều kiện cần thiết để helium hydride tồn tại. Sử dụng SOFIA và công cụ TUYỆT VỜI của Đức (Máy thu tiếng Đức tại tần số Terahertz), họ đã thăm dò NGC 7027, tìm kiếm phân tử khó nắm bắt.

Tác giả chính của bài báo là Rolf Guesten thuộc Viện thiên văn vô tuyến Max Planck, ở Bon, Đức. Việc thiếu bằng chứng về sự tồn tại của helium hydride trong không gian giữa các vì sao là một vấn đề nan giải đối với thiên văn học trong nhiều thập kỷ, theo ông Guesten.

Tinh vân hành tinh nơi các nhà nghiên cứu phát hiện ra nó có điều kiện thích hợp để helium hydride hình thành. Ngôi sao lão hóa đưa ra nhiệt và tia cực tím thích hợp cho phân tử hình thành. Nhưng nhìn vào bên trong tinh vân đó tỏ ra rất khó khăn. Nhập SOFIA và TUYỆT VỜI.

SOFIA giống như một sự kết hợp giữa kính viễn vọng trên mặt đất và kính viễn vọng không gian. Từ vị trí thuận lợi ở độ cao 45.000 feet, nó không bị ảnh hưởng bởi hầu hết các giao thoa khí quyển của Trái đất, giống như một kính viễn vọng không gian. Nhưng nó linh hoạt hơn. Nó hạ cánh giữa các nhiệm vụ và thiết bị của nó có thể được thay đổi hoặc điều chỉnh giống như một kính thiên văn trên mặt đất có thể.

Trong trường hợp này, công cụ TUYỆT VỜI của Đức đã được tích hợp vào SOFIA vào năm 2011. Và nó đã được chứng minh là then chốt trong nghiên cứu này.

Naseem Rangwala, nhà khoa học dự án SOFIA cho biết, có thể thay đổi các công cụ và cài đặt công nghệ mới nhất. Sự linh hoạt này cho phép chúng tôi cải thiện các quan sát và trả lời các câu hỏi cấp bách nhất mà các nhà khoa học muốn trả lời.

Năm 2016, các nhà khoa học bắt đầu sử dụng SOFIA và GREAT để thăm dò NGC 7027 cho helium hydride khó nắm bắt. Mỗi phân tử tương tác với ánh sáng theo tần số riêng và TUYỆT VỜI được điều chỉnh theo tần số helium hydride, tương tự như điều chỉnh một đài phát thanh đến một trạm cụ thể. Và cuối cùng họ đã gặp may mắn.

Thật là thú vị khi ở đó, lần đầu tiên nhìn thấy helium hydride trong dữ liệu. Điều này mang lại một tìm kiếm dài đến một kết thúc có hậu và loại bỏ những nghi ngờ về sự hiểu biết của chúng ta về hóa học cơ bản của vũ trụ sơ khai.

Rolf Guesten, Viện thiên văn vô tuyến Max Planck, tác giả chính

Thật là thú vị khi ở đó, lần đầu tiên nhìn thấy helium hydride trong dữ liệu, đã nói Guesten. Điều này mang lại một tìm kiếm dài cho một kết thúc có hậu và xóa bỏ nghi ngờ về sự hiểu biết của chúng ta về hóa học cơ bản của vũ trụ sơ khai.

Vì vậy, đây là kết thúc có hậu cho một trong những câu hỏi dài nhất về thiên văn học. Kết luận thành công cho việc tìm kiếm helium hydride là một chiến thắng tốt đẹp cho các lý thuyết của chúng tôi mô tả chi tiết về sự tiến hóa của Vũ trụ.

Nếu bạn kết bạn với một nhà khoa học, hãy mua cho cô ấy một cốc bia và thể hiện sự cảm kích đối với công việc khó khăn của họ!