Vài trăm ngàn năm sau Vụ nổ lớn, món súp trẻ, nóng hổi của vũ trụ chúng ta đã đủ nguội để các khối xây dựng nhỏ nhất của sự sống kết hợp thành nguyên tử lần đầu tiên. Một ngày cân bằng, 6.700 độ Fahrenheit (3.700 độ C), một nguyên tử helium được chiếu vào một proton duy nhất - thực sự là một ion hydro tích điện dương - và phân tử đầu tiên của vũ trụ được hình thành: helium hydride, hoặc HeH +.
Các nhà khoa học đã nghiên cứu các phiên bản chế tạo trong phòng thí nghiệm của phân tử nguyên thủy này trong gần một thế kỷ, nhưng họ chưa bao giờ tìm thấy dấu vết của nó trong vũ trụ hiện đại của chúng ta - cho đến bây giờ. Trong một nghiên cứu mới được công bố hôm nay (17 tháng 4) trên tạp chí Nature, các nhà thiên văn báo cáo về việc họ sử dụng kính viễn vọng trên không để phát hiện HeH + đang âm ỉ trong đám mây khí xung quanh một ngôi sao sắp chết cách đó khoảng 3.000 năm ánh sáng.
Theo các nhà nghiên cứu, phát hiện này, đã được thực hiện hơn 13 tỷ năm, cho thấy kết luận rằng HeH + được hình thành tự nhiên trong điều kiện tương tự như những gì được tìm thấy trong vũ trụ sơ khai.
"Mặc dù HeH + có tầm quan trọng hạn chế trên Trái đất ngày nay, hóa học của vũ trụ bắt đầu với ion này", nhóm nghiên cứu viết trong nghiên cứu mới. "Phát hiện rõ ràng được báo cáo ở đây mang lại một cuộc tìm kiếm kéo dài hàng thập kỷ cho một kết thúc có hậu cuối cùng."
Phân tử đầu tiên trong vũ trụ
HeH + là axit mạnh nhất được biết đến trên Trái đất và lần đầu tiên được tổng hợp trong phòng thí nghiệm vào năm 1925. Bởi vì nó được tạo ra từ hydro và helium - hai nguyên tố phong phú nhất trong vũ trụ và là chất đầu tiên xuất hiện từ lò phản ứng hạt nhân của Big Bang 13,8 tỷ Cách đây nhiều năm - các nhà khoa học đã dự đoán từ lâu rằng phân tử này là thành phần đầu tiên hình thành khi vũ trụ làm mát cho phép các proton, neutron và electron tồn tại cạnh nhau trong các nguyên tử.
Các nhà khoa học không thể tua lại vũ trụ để săn lùng phân tử non trẻ này nơi nó được sinh ra, nhưng họ có thể tìm kiếm nó trong các phần của vũ trụ hiện đại tái tạo tốt nhất các điều kiện siêu nóng, siêu nặng đó - trong tinh vân trẻ và khí plasma phát nổ của những ngôi sao sắp chết.
Những cái gọi là tinh vân hành tinh này hình thành khi các ngôi sao giống như mặt trời đến cuối đời, thổi bay lớp vỏ bên ngoài của chúng và co lại thành những ngôi sao lùn trắng để từ từ nguội thành những quả cầu pha lê. Khi những ngôi sao sắp chết nguội đi, chúng vẫn tỏa ra đủ nhiệt để tước đi các nguyên tử hydro gần đó của các electron, biến các nguyên tử thành các proton trần cần thiết để HeH + hình thành.
Việc phát hiện HeH + trong các tinh vân hành tinh gần nhất với Trái đất rất khó khăn, bởi vì nó phát sáng ở bước sóng hồng ngoại dễ bị che khuất bởi bầu khí quyển của hành tinh chúng ta. Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã khắc phục được khói mù khí quyển đó bằng cách sử dụng kính viễn vọng công nghệ cao gắn trên máy bay đang chuyển động có tên SOFIA (Đài quan sát Địa tầng đối với Thiên văn học Hồng ngoại).
Trong suốt ba chuyến bay vào năm 2016, nhóm nghiên cứu đã đào tạo kính viễn vọng của SOFIA trên một tinh vân hành tinh có tên NGC 7027, cách Trái đất khoảng 3.000 năm ánh sáng. Các nhà nghiên cứu đã viết, ngôi sao trung tâm của tinh vân là một trong những ngôi sao nóng nhất được biết đến trên bầu trời và được ước tính đã trút bỏ lớp vỏ ngoài của nó chỉ khoảng 600 năm trước. Vì tinh vân xung quanh rất nóng, trẻ và nhỏ gọn, nên đây là điểm lý tưởng để săn các bước sóng HeH +. Theo các nhà nghiên cứu, đó chính xác là nơi SOFIA tìm thấy chúng.
David Neufeld, giáo sư tại Đại học Johns Hopkins ở Baltimore, cho biết: "Phát hiện về HeH + là một minh chứng ấn tượng và đẹp đẽ về xu hướng hình thành các phân tử của thiên nhiên". "Mặc dù có các thành phần không có sẵn, một hỗn hợp hydro với khí heli quý hiếm không hợp lý và môi trường khắc nghiệt ở hàng ngàn độ C, một dạng phân tử mỏng manh."
