Evidens fundet for flygtig kemi fra universets første minutter

Trods heliumhydrid-ionen HeH+ først dukkede op for 13,8 milliarder år siden, efter big bang, var den fra menneskehedens synspunkt gået tabt i rummet. Brint og helium var de to første grundstoffer, og under universets ekstreme fødselsbetingelser formodede astrokemikere, at de dannede den første molekylære binding nogensinde i HeH+ … Rolf Güsten fra Max Planck Institute for Radioastronomi i Tyskland og kolleger vidste, at HeH+ kan eksistere – det blev opdaget i laboratoriet i 1925. Men nu har de for første gang på overbevisende vis set det i rummet, i en tåge, der findes i det nuværende univers.

“Manglen på beviser for HeH+ gav anledning til tvivl om, hvorvidt vi forstår dannelsen og ødelæggelsen af dette specielle molekyle så godt, som vi troede,” siger Güsten til Chemistry World. “Denne bekymring er væk nu.”

Güsten og kolleger observerede den roterende grundtilstand af HeH+ i en planetarisk tåge ved hjælp af et terahertz (THz)-spektrometer, der flyver på det luftbårne Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (Sofia). Faktisk er denne undersøgelse en af grundene til, at det tyske instrument Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies blev bygget.

Det er tidligere ikke lykkedes videnskabsfolk at finde vibrerende infrarød spektroskopibeviser for HeH+ på trods af store anstrengelser. Terahertz-spektrometri er et vanskeligt alternativ. Den roterende grundtilstand for HeH+ har en bølgelængde på 149,137µm. Ozon og vand i Jordens atmosfære blokerer alt dette lys, hvilket betyder, at forskerne måtte tage ud i stratosfæren.

Medens spektroskopiske træk fra langt mere almindelige kulstof- og brintbindinger vises ved 149,09 µm og 149,39 µm. For at få succes krævede det derfor en høj spektral opløsning og meget følsomme sensorer, da Güstens hold forventede, at signalet ville være svagt. At nå frekvensområdet på 2THz for 149,137µm-signalet “krævede også flere års teknologiske fremskridt”.

“Dette er en fantastisk første påvisning af en molekylær art, som helt sikkert er af interesse og relevans for et bredere astronomisk samfund, og denne påvisning åbner døren for yderligere undersøgelser”, kommenterer astronom Jan Cami fra University of Western Ontario i Canada.

Güsten og kolleger vil f.eks. søge efter mere HeH+, når Sofia næste gang flyver, i juni. Men nu hvor de ved, at HeH+ findes, kan de begynde at lede efter det længere tilbage i tiden i retning af big bang. De vil udnytte kosmologiske rødforskydninger, der svarer til den måde, hvorpå bølgelængder, der udsendes af objekter, der bevæger sig væk fra observatører, udvides i Dopplerforskydningen. Det vil mangedoble HeH+-bølgelængden ca. ti gange, forklarer han, hvilket vil gøre lyset fra det unge univers synligt “fra store jordbaserede observatorier”, siger Güsten.