Gdy Wszechświat był bardzo młody, istniało w nim bardzo mało rodzajów atomów. Naukowcy przypuszczają, że około 100 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu wodór i hel zaczęły po raz pierwszy tworzyć cząsteczkę zwaną wodorkiem helu. Molekuła ta powinna występować w niektórych miejscach we współczesnym Wszechświecie, ale do tej pory nie udawało się jej wykryć.

Przy pomocy obserwatorium SOFIA zidentyfikowano wodorek helu w mgławicy planetarnej NGC 7027 położonej 3000 lat świetlnych od Ziemi w kierunku gwiazdozbioru Łabędzia. Mgławice planetarne powstają w późnym etapie ewolucji gwiazd takich jak Słońce. Są to obłoki gazu i pyłu powstałe z zewnętrznych warstw gwiazdy. W niewielkich teleskopach przypominały dawnym astronomom kształtem tarcze planet o małej jasności, takich jak Uran i Neptun – stąd nieco myląca nazwa (w rzeczywistości mgławice planetarne mają niewiele wspólnego z planetami).

Odkrycie wodorku helu jest dowodem na to, że może on faktycznie występować w przestrzeni kosmicznej. Stanowi także potwierdzenie podstaw naszego zrozumienia chemii wczesnego Wszechświata i jej ewolucji aż do współczesnej bardzo skomplikowanej formy.

Obecnie w kosmosie występuje całe mnóstwo skomplikowanych struktur, np. planety, gwiazdy, galaktyki. Jednak ponad 13 miliardów lat temu, wczesny Wszechświat był gorący i zawierał jedynie kilka rodzajów atomów, a przede wszystkim wodór i hel. Gdy atomy zaczęły się łączyć w molekuły, Wszechświat zaczął powoli przybierać bardziej znajomy nam kształt. Naukowcy uważają, że wodorek helu był pierwszą, pierwotną cząsteczką.

Gdy Wszechświat się ochładzał, atomy wodoru mogły oddziaływać z wodorkiem helu i tworzyć cząsteczki wodoru. To właśnie przede wszystkim wodór molekularny jest odpowiedzialny za powstawanie pierwszych gwiazd. Różne inne pierwiastki zostały potem wytworzone przez gwiazdy.

„Brak dowodów na istnienie wodorku helu w przestrzeni międzygwiazdowej był problemem w astronomii od dziesiątek lat” - powiedział Rolf Guesten z Max Planck Institute for Radio Astronomy w Bonn (Niemcy), pierwszy autor publikacji, która ukazała się w „Nature”.

Wodorek helu to „trudna” cząsteczka. Hel jest gazem szlachetnym i bardzo niechętnie reaguje z innymi rodzajami atomów. Jednak w 1925 roku naukowcom udało się w laboratorium utworzyć molekułę wodorku helu. Potem, pod koniec lat 70., badania mgławicy planetarnej NGC 7027 pozwoliły wysunąć przypuszczenie, że panują w niej warunki do uformowania się wodorku helu. Niestety wyniki obserwacji nie były przekonujące. Z kolei teleskopy kosmiczne nie miały odpowiednich instrumentów, aby wyłuskać sygnaturę wodorku helu.

W związku z tym w roku 2016 naukowcy postanowili wykorzystać lotnicze obserwatorium SOFIA. Akronim w pełnym rozwinięciu oznacza Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy, co można przetłumaczyć jako Stratosferyczne Obserwatorium Astronomii Podczerwonej. Projekt jest realizowany wspólnie przez NASA i niemiecką agencję kosmiczną DLR. SOFIA to specjalnie przystosowany samolot Boening 747SP z zainstalowanym teleskopem o średnicy 2,5 metra pracującym w zakresie promieniowania podczerwonego. Obserwatorium pracuje na wysokości około 12000 metrów, co jest istotne w przypadku promieniowania podczerwonego, gdyż im niżej, tym bardziej para wodna przeszkadza w obserwacjach.

Najnowsza modernizacja jednego z instrumentów teleskopu SOFIA dodała możliwość detekcji specyficznych linii widmowych wodorku helu. Działanie tego instrumentu o nazwie GREAT można porównać do odbiornika radiowego. W trakcie obserwacji naukowcy dostrajają częstotliwość do charakterystycznej dla danej molekuły.

Dzięki unowocześnionemu obserwatorium SOFIA poszukiwania wodorku helu w przestrzeni kosmicznej w końcu zakończyły się sukcesem, a wyniki badań opublikowano w najnowszym numerze czasopisma „Nature”. (PAP)

cza/ ekr/