Evidence gevonden voor ongrijpbare chemie uit de eerste minuten van het heelal
Bron: Samenstelling: NIESYTO ontwerp; Beeld NGC 7027: William B. Latter (SIRTF Science Center/Caltech) en N
Een beeld dat het spectrum toont van HeH+ zoals waargenomen met Great aan boord van Sofia in de richting van de planetaire nevel NGC 7027
Ondanks het feit dat het heliumhydride-ion HeH+ 13,8 miljard jaar geleden voor het eerst verscheen, na de oerknal, was het vanuit het perspectief van de mensheid verloren gegaan in de ruimte. Waterstof en helium waren de twee eerste elementen, en in de extreme geboorteomstandigheden van het heelal veronderstelden astrochemici dat zij de allereerste moleculaire binding vormden in HeH+. Rolf Güsten van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie in Duitsland en zijn collega’s wisten dat HeH+ kon bestaan – het werd in 1925 in het laboratorium waargenomen. Maar nu hebben ze het voor het eerst overtuigend gespot in de ruimte, in een nevel die bestaat in het huidige heelal.
‘Het gebrek aan bewijs voor HeH+ veroorzaakte enige twijfel of we de vorming en vernietiging van dit speciale molecuul wel zo goed begrijpen als we dachten,’ vertelt Güsten aan Chemistry World. ‘Deze zorg is nu verdwenen.’
Güsten en collega’s observeerden de HeH+ rotatie grondtoestand in een planetaire nevel met behulp van een terahertz (THz) spectrometer vliegend op het in de lucht zwevende Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (Sofia). Deze studie is een van de redenen waarom het Duitse instrument “Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies” is gebouwd.
Wetenschappers zijn er tot nu toe ondanks grote inspanningen niet in geslaagd om voor HeH+ bewijs te vinden in de vorm van vibratie-infraroodspectroscopie. Terahertz-spectrometrie is een moeilijk alternatief. De roterende grondtoestand van HeH+ heeft een golflengte van 149,137µm. Ozon en water in de aardatmosfeer houden al dit licht tegen, zodat de onderzoekers naar de stratosfeer moesten gaan.
Bron: Links: © Carlos Duran/MPIfR; Rechts: © NASA Photo/Jim Ross
De Grote ver-infrarood spectrometer (links) is gemonteerd op de telescoopflens van het vliegende observatorium Sofia (rechts)
Terwijl verschijnen spectroscopische kenmerken van veel gewonere koolstof-waterstofverbindingen op 149,09µm en 149,39µm. Om te slagen waren dus een hoge spectrale resolutie en zeer gevoelige sensoren nodig, aangezien Güsten’s team verwachtte dat het signaal zwak zou zijn. Het bereiken van het 2THz-frequentiebereik van het 149,137µm-signaal ‘vergde ook verscheidene jaren van technologische vooruitgang’.
‘Dit is een geweldige eerste detectie van een moleculaire soort die zeker van belang en relevant is voor een bredere astronomische gemeenschap, en deze detectie opent de deur voor verdere studies,’ merkt astronoom Jan Cami van de University of Western Ontario, Canada op.
Zo zullen Güsten en collega’s naar meer HeH+ zoeken wanneer Sofia de volgende keer vliegt, in juni. Maar nu ze weten dat HeH+ bestaat, kunnen ze verder terug in de tijd gaan zoeken, richting de oerknal. Ze zullen gebruik maken van kosmologische roodverschuivingen, vergelijkbaar met de manier waarop golflengten die worden uitgezonden door objecten die zich verwijderen van waarnemers, zich uitbreiden in de Doppler-verschuiving. Dat zal de HeH+-golflengte ongeveer vertienvoudigen, legt hij uit, waardoor het licht van het jonge heelal zichtbaar wordt “vanuit grote observatoria op de grond”, zegt Güsten.