DAS ERSTE MOLEKüL, DAS IM UNIVERSUM MöGLICH WAR, WURDE IM WELTRAUM GESEHEN

Send

Es braucht eine reiche und vielfältige Reihe komplexer Moleküle, damit Dinge wie Sterne, Galaxien, Planeten und Lebensformen wie wir existieren. Aber bevor Menschen und all die komplexen Moleküle, aus denen wir bestehen, existieren konnten, musste es dieses erste Urmolekül geben, das eine lange Kette chemischer Ereignisse auslöste, die zu allem führten, was Sie heute um sich herum sehen.

Obwohl es lange theoretisiert wurde, dass es existiert, war das Fehlen von Beobachtungsnachweisen für dieses Molekül für Wissenschaftler problematisch. Jetzt haben sie es gefunden und diese Wissenschaftler können sich einfach ausruhen. Ihre prädiktive Theorie gewinnt!

In den frühen Tagen des Universums gab es nur zwei oder drei Arten von Atomen. Wasserstoff, Helium und winzige Mengen Lithium wurden durch Urknallnukleosynthese erzeugt. Alle anderen Elemente wurden später in Sternen geschmiedet. Sterne sind meistens Wasserstoff, aber Sterne können sich nicht aus den einfachen Wasserstoffatomen bilden, die im Urknall erzeugt wurden. Sie bilden sich aus dem sogenannten molekularen Wasserstoff. Und molekularer Wasserstoff könnte sich ohne das sogenannte "erste Molekül", eine Kombination aus Helium und Wasserstoff namens Heliumhydrid, nicht bilden. Die Theorie besagt, dass Heliumhydrid etwa 100.000 Jahre nach dem Urknall entstanden ist.

"Es war so aufregend, dort zu sein und Heliumhydrid zum ersten Mal in den Daten zu sehen."

Rolf Guesten, Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Hauptautor.

Sie können sich eine Momentaufnahme des frühen Universums vorstellen, etwa 100.000 Jahre nach dem Urknall. Es war sehr heiß und nur mit Wasserstoff, Helium und diesem winzigen Stück Lithium besiedelt. Bevor sich die Atompopulation des Universums diversifizieren konnte, mussten sich Sterne bilden. Sobald es abkühlte, begannen die Bedingungen reif zu werden, damit sich Sterne bildeten.

Aber es musste noch etwas anderes passieren. Die Abkühlung des Universums reichte nicht aus, um Sterne zu bilden. Molekularer Wasserstoff musste erzeugt werden, da Sterne größtenteils aus molekularem Wasserstoff und nicht aus dem durch den Urknall erzeugten einfachen atomaren Wasserstoff bestehen. (Wissenschaftler nennen es nicht einfachen Wasserstoff, sie nennen es nur ein Wasserstoffatom.)

Der größte Teil des Wasserstoffs im Universum ist molekularer Wasserstoff.
Ein einzelnes Wasserstoffatom ist im heutigen Universum jedoch selten, da es ein freies Radikal ist und wirklich reaktiv ist. Molekularer Wasserstoff ist ein Molekül, in dem zwei Wasserstoffatome miteinander verbunden sind. Es besteht aus zwei Protonen und zwei Elektronen und ist sehr stabil. Es gibt massive Wolken von molekularem Wasserstoff im Weltraum und Sterne aus diesen Wolken.

Das Problem im frühen Universum war, dass sich molekularer Wasserstoff nicht selbst bilden konnte, obwohl sich die Dinge abkühlten. Theoretisch musste einfacher Wasserstoff mit einem bestimmten Molekül interagieren, bevor er sich bilden konnte, und dieses Molekül war Heliumhydrid. Diese Wechselwirkung war der erste Schritt in der Chemie des Universums.

"Das Fehlen von Beweisen für die Existenz von Heliumhydrid im interstellaren Raum war jahrzehntelang ein Dilemma für die Astronomie."

Rolf Guesten, Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Hauptautor

Obwohl die Theorie besagte, dass Heliumhydrid existieren musste und obwohl es 1925 in einem Labor hergestellt worden war, war es nie im Weltraum gesehen worden. Es ist ein sehr eingelegtes Molekül, da eines seiner Atombestandteile Helium ist, ein Edelgas. Und Edelgase reagieren nur sehr ungern mit anderen Atomen.

Aber jetzt haben sie es gefunden.

In einem am 17. April in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Artikel erläuterten die Forscher, wie sie das schwer fassbare Heliumhydrid in der Zeitschrift entdeckten
Planetennebel namens NGC 7027. Sie verwendeten die SOFIA der NASA oder
Stratosphärisches Observatorium für Infrarotastronomie, um danach zu suchen. SOFIA ist eine umgebaute Boeing 747SP, die in großen Höhen über atmosphärischen Störungen fliegt, um Beobachtungen zu machen.

Seit den 1970er Jahren glaubten Wissenschaftler, dass NGC 7027 die notwendigen Bedingungen für die Existenz von Heliumhydrid bietet. Mit SOFIA und dem deutschen GREAT-Instrument (Deutscher Empfänger bei Terahertz-Frequenzen) untersuchten sie NGC 7027 und suchten nach dem schwer fassbaren Molekül.

Hauptautor der Arbeit ist Rolf Guesten vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn. "Das Fehlen von Beweisen für die Existenz von Heliumhydrid im interstellaren Raum war jahrzehntelang ein Dilemma für die Astronomie", sagte Guesten.

Der planetarische Nebel, in dem Forscher ihn entdeckten, hat die richtigen Bedingungen für die Bildung von Heliumhydrid. Der alternde Stern gab die richtige Wärme und ultraviolette Strahlung ab, damit sich das Molekül bilden konnte. Aber es erwies sich als sehr schwierig, in diesen Nebel zu schauen. Geben Sie SOFIA und GREAT.

SOFIA ist wie ein Hybrid zwischen einem bodengestützten Teleskop und einem Weltraumteleskop. Von seinem Aussichtspunkt auf 45.000 Fuß ist es frei von den meisten atmosphärischen Störungen der Erde, ähnlich wie ein Weltraumteleskop. Aber es ist flexibler. Es landet zwischen Missionen und seine Instrumentierung kann geändert oder angepasst werden, ähnlich wie bei einem bodengestützten Teleskop.

In diesem Fall wurde das deutsche GREAT-Instrument 2011 in SOFIA integriert. Und es hat sich als zentral für diese Forschung erwiesen.

"Wir können Instrumente wechseln und die neueste Technologie installieren", sagte Naseem Rangwala, stellvertretender Projektwissenschaftler der SOFIA. "Diese Flexibilität ermöglicht es uns, Beobachtungen zu verbessern und auf die dringendsten Fragen zu antworten, die Wissenschaftler beantworten möchten."

Im Jahr 2016 begannen Wissenschaftler, SOFIA und GREAT zu verwenden, um NGC 7027 auf das schwer fassbare Heliumhydrid zu untersuchen. Jedes Molekül interagiert mit Licht auf seiner eigenen Frequenz, und GREAT wurde auf die Frequenz von Heliumhydrid eingestellt, ähnlich wie das Einstellen eines Radios auf einen bestimmten Sender. Und sie hatten endlich Glück.

„Es war so aufregend, dort zu sein und Heliumhydrid zum ersten Mal in den Daten zu sehen. Dies bringt eine lange Suche zu einem Happy End und beseitigt Zweifel an unserem Verständnis der zugrunde liegenden Chemie des frühen Universums.

Rolf Guesten, Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Hauptautor

"Es war so aufregend, dort zu sein und Heliumhydrid zum ersten Mal in den Daten zu sehen", sagte Guesten. "Dies bringt eine lange Suche zu einem Happy End und beseitigt Zweifel an unserem Verständnis der zugrunde liegenden Chemie des frühen Universums."

Dies ist also das Happy End für eine der am längsten gestellten Fragen der Astronomie. Der erfolgreiche Abschluss der Suche nach Heliumhydrid ist ein schöner Sieg für unsere Theorien, die die Entwicklung des Universums beschreiben.

Wenn Sie mit einem Wissenschaftler befreundet sind, kaufen Sie ihr ein Bier und zeigen Sie etwas Wertschätzung für ihre harte Arbeit!