Ученые успешно воссоздали первую исторически известную молекулу — гидрид гелия — и установили, что ее роль в процессе формирования звезд была значительно более важной, чем считалось ранее.
Около 13,8 миллиардов лет назад произошел Большой взрыв, который создал Вселенную с крайне высокой температурой и плотностью. Всего через несколько секунд после этого события началось ее быстрое расширение и охлаждение, что позволило образоваться простейшим химическим элементам. Они оставались полностью ионизированными до тех пор, пока возраст Вселенной не достиг примерно 380 000 лет, согласно данным ScienceDaily.
Старейшей молекулой, найденной во Вселенной, считается ион гидрида гелия (HeH+). Он образуется из нейтрального атома гелия и ионизованной частицы водорода. Появление этого иона запускает цепочку дальнейших химических реакций, которые приводят к образованию молекулярного водорода (H₂), наиболее распространенного химического соединения в космосе.
На начальных этапах эволюции Вселенной простые молекулы, включая HeH⁺ и H⁺, играли важную роль в возникновении первых звезд. Чтобы сжатый газ облака будущей звезды мог достичь достаточной плотности для начала ядерного синтеза, необходимо было удалять избыток тепла. Энергообмен осуществлялся, в основном, через столкновения, которые возбуждали атомы и молекулы, освобождая поглощенную энергию в виде фотонов.
Тем не менее, при температурах ниже примерно 10 000 °C такой механизм становился недостаточным для преобладающего водорода. Эффективное дальнейшее охлаждение могло происходить только с участием молекул, способных дополнительно отдавать энергию через вращательные и вибрационные движения. Именно ион гидрида гелия (HeH⁺), обладая значительным дипольным моментом, оказался крайне эффективным при низких температурах и долгое время считался вероятным кандидатом на роль основного охлаждающего агента при образовании первых звезд. Столкновения с атомами водорода стали основной причиной разложения ионов HeH⁺, в результате чего образовывался нейтральный гелий и ионы H⁺. Затем H⁺ соединялись с другими атомами водорода, что приводило к образованию молекулярного водорода.
Специалисты из Института ядерной физики общества Макса Планка (MPIK) в Гейдельберге впервые смогли экспериментально воспроизвести эту реакцию в условиях, приближенных к ранней стадии существования Вселенной. Они исследовали взаимодействие HeH⁺ с дейтерием, изотопом водорода, содержащим в ядре атома, помимо протона, дополнительный нейтрон. В результате реакции между HeH⁺ и дейтерием вместо H⁺ образовывался ион HD⁺ вместе с нейтральным атомом гелия.
