یافتن اولین مولکول عالم پس از چند دهه جست‌وجو

پس از چند دهه جست‌وجو اخترشناسان در نهایت موفق به یافتن اولین مولکول عالم شدند. اخترشناسان با کمک تلسکوپ هوایی SOFIA موفق به آشکارسازی این مولکول که هلیوم هیدرید نام دارد شدند. مولکولی که نقش مهمی در تکامل شیمیایی عالم داشته است.

عالم در ابتدای شکل‌گیری سوپی جوشان از ماده و تابش بود که دمای شدید آن اجازه‌ی شکل‌گیری اتم‌ها و مولکول‌ها را نمی‌داد. تا این که با گذشت زمان و پس از ۳۸۰ هزار سال از انفجار بزرگ یا مهبانگ دمای عالم به اندازه‌ای کم شد تا امکان شکل‌گیری اولین اتم‌ها ایجاد شود.

در آن زمان بیشتر عالم از ساده‌ترین عناصر شیمیایی، یعنی هیدروژن و هلیوم، تشکیل شده بود. بنابراین طبیعی است که اولین مولکول عالم از ترکیب این دو عنصر شکل گرفته باشد. مولکولی که هلیوم هیدرید نام دارد. اما نکته‌ی اصلی در داستان این است که هلیوم جزء عناصر نجیب است و به راحتی با عناصر دیگر ترکیب نمی‌شود، مگر در شرایط خاص.

با این که هلیوم هیدرید شکل‌گرفته در دوران ابتدایی عالم عمر چندانی نداشته اما نقش کوتاه و مهمی در تکامل شیمیایی عالم ایفا کرده است. واپاشی هلیوم هیدرید باعث افزایش مولکول هیدروژن (H_۲) در عالم شده است. هیدروژن خود سنگ‌بنای اصلی ستاره‌هاست. ستاره‌ها نیز در نهایت در فرآیند همجوشی هسته‌ای و انفجارهای ابرنواختری عناصر شیمیایی دیگر عالم را ایجاد کرده‌اند.

با توجه به اهمیت مولکول هلیوم هیدرید در درک تکامل شیمیایی عالم اخترشناسان سالیان زیادی را صرف تلاش برای یافتن آن در فضا کردند. این مولکول برای اولین بار و در سال ۱۹۲۵ در آزمایشگاه تولید شد. اما با توجه به ناپایداری هلیوم هیدرید یافتن آن در فضا کار آسانی نبود. از دهه‌ی ۱۹۷۰ میلادی تلاش‌ها برای ثبت این مولکول در فضا آغاز شد که تا همین چندی پیش نتیجه‌ای در پی نداشت.

یکی از مکان‌های مناسب برای شکل‌گیری این مولکول سحابی‌های سیاره‌نما است. سحابی‌هایی که در اواخر عمر ستاره‌های خورشیدمانند شکل می‌گیرند. چنین ستارهایی در مراحل پایانی زندگی‌شان لایه‌های بیرونی خود را به بیرون پرتاب می‌کنند و خود تبدیل به کوتوله‌ی سفید می‌شوند. در چنین شرایطی و بر اثر فعل و انفعالات بین کوتوله‌ی سفید و گاز پیرامون آن شرایط برای شکل‌گیری هلیوم هیدرید مهیا می‌شود.

سحابی سیاره‌نمای هلیکس.
:Credit
(NASA, ESA, C.R. O’Dell (Vanderbilt University), and M. Meixner, P. McCullough, and G. Bacon ( Space Telescope Science Institute

اخترشناسان برای آشکارسازی اولین مولکول عالم به سراغ سحابی سیاره‌‌نمای NGC 7027 رفتند و آن را با تلسکوپ هوایی SOFIA در طول موج فروسرخ رصد کردند. کوتوله‌ی سفید مرکز این سحابی به تازگی و تنها ۶۰۰ سال پیش شکل گرفته است و هنوز دمای بالایی دارد. تابش فرابنفش این کوتوله‌ی سفید شرایطی را ایجاد می‌کند که  شکل‌گیری هلیوم هیدرید در آن امکان‌پذیر است.

در نهایت ماجرا همان‌گونه رخ داد که اخترشناسان احتمال آن را می‌دادند و هلیوم هیدرید برای اولین بار در فضا آشکار شد.

رصدخانه‌ی هوایی SOFIA.
Credit: GERMAN AEROSPACE CENTER

رصدخانه‌ی هوایی فروسرخ SOFIA نقش مهمی در این کشف ایفا کرده است. تلسکوپ ۱۰۶ اینچی سوفیا درون یک هواپیمای بوئینگ 747SP اصلاح‌شده قرار گرفته است. تلسکوپ سوفیا با کمک این هواپیما در ارتفاعات بالا پرواز می‌کند تا از لایه‌های پایین جو که اجازه‌ی عبور طول موج فروسرخ را نمی‌دهند گذر کند.

اکنون و با یافتن هلیوم هیدرید در فضا اخترشناسان تا حدودی از صحت اطلاعات‌شان درباره‌ی تکامل شیمیایی دوران اولیه عالم مطممئن شدند.

عکس کاور: تصویری از سحابی سیاره‌نمای NGC 7027 و بخشی از طیف که وجود هلیوم هیدرید را نشان می‌دهد.

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

منبع: Sky & Telescope