Los astrónomos encuentran la primera molécula del universo

Composition: NIESYTO design; Image NGC 7027: William B. Latter (SIRTF Science Center / Caltech) and NASA / ESA; Spectrum: Rolf Güsten / MPIfR (Nature, April 18, 2019)

Un equipo de astrónomos y un observatorio de altos vuelos finalmente encontraron el ión de hidruro de helio, la primera molécula que se unió en el cosmos, en el espacio interestelar cercano.

"La detección inequívoca reportada aquí trae por fin una búsqueda de décadas a un final feliz", escriben Rolf Güsten (Instituto Max Planck para Radioastronomía, Alemania) y sus colegas en la edición del 18 de abril de Nature.



Cuando el universo estaba en su infancia, su sopa de materia y radiación estaba demasiado caliente para permitir la formación de algo como los átomos y las moléculas que conforman el mundo que nos rodea hoy. Solo una vez que el universo cumplió unos 380,000 años de antigüedad, se enfrió lo suficiente como para que los protones y los neutrones se combinen en átomos. (Incluso entonces, se mantuvo bastante caliente a 4000K, no tan escaldado como la superficie visible del Sol). Luego, los átomos se combinaron en moléculas.
En el principio
Dado que el universo era en gran medida hidrógeno y helio en este momento, tal vez no sea una sorpresa que la primera molécula del universo fuera el ion hidruro de helio (HeH +). Bueno, tal vez un poco de sorpresa: el helio es uno de los elementos "nobles" notoriamente no reactivos. En términos físicos, el helio tiene la energía de ionización más alta (es decir, la energía requerida para eliminar un electrón) de todos los elementos, por lo que no es fácil lograr que se combine con otro átomo.

De hecho, el ion no sobrevivió mucho tiempo incluso en las condiciones únicas del universo primitivo. Sin embargo, jugó un papel breve pero importante: la destrucción del hidruro de helio dio lugar al hidrógeno molecular (H2), que eventualmente impregnó las galaxias y llevó a las primeras estrellas. La existencia del hidruro de helio es, por lo tanto, instrumental para comprender la evolución química del universo primitivo.

Sin embargo, durante años, los astrónomos intentaron, y fallaron, detectarlo. Creado por primera vez en un laboratorio en 1925, es raro en el universo en general porque es muy frágil. Los astrónomos en la década de 1970 se dieron cuenta de que podrían encontrar la molécula recién creada en los plasmas. Un estudio analizó un quásar distante, otro en una supernova cercana 1987A, pero nadie detectó una detección definitiva.

Condiciones recreacionales del universo temprano
Un sitio donde podría formarse una gran cantidad de hidruro de helio es alrededor de una estrella de poca masa como el Sol, que se ha derrumbado en una enana blanca. En el proceso, la estrella se desprende de sus capas externas en una hermosa explosión llamada nebulosa planetaria, pero es la interacción entre la enana blanca y el gas que la rodea la que recrea las condiciones en las que el hidruro de helio puede sobrevivir el tiempo suficiente para ser detectado.

Para ver una nebulosa planetaria en forma de maní llamada NGC 7027, Güsten y sus colegas subieron a los cielos y volaron con el Observatorio Estratosférico para la Astronomía Infrarroja (SOFIA) a bordo de un Boeing 747 modificado, que se eleva por encima de la atmósfera inferior que absorbe el infrarrojo. La enana blanca recién formada en el centro de la nebulosa tiene solo 600 años y sigue siendo increíblemente caliente (190,000 K). Vierte radiación ultravioleta en sus alrededores, eliminando los electrones del hidrógeno y los átomos de helio por igual. La región esférica donde se ioniza el helio es ligeramente más grande que donde se ionizan tanto el hidrógeno como el helio, y es en esta capa delgada donde el helio ionizado puede unirse a hidrógeno neutro para formar el ion hidruro de helio.

Usando el instrumento alemán de receptor de astronomía en frecuencias Terahertz (GREAT), Güsten y sus colegas detectaron definitivamente la radiación emitida por el ion de hidruro de helio a 149.137 micrones. El descubrimiento hace más que confirmar la existencia de HeH +, el equipo también utiliza la detección para estimar cómo (y con qué rapidez) se forma y destruye esta molécula.https://www.skyandtelescope.com/