Bevis för svårfångad kemi från universums första minuter
Källa: Sammansättning: Bild: NIESYTO design; Bild NGC 7027: William B. Latter (SIRTF Science Center/Caltech) och N
En bild som visar spektrumet av HeH+ som observerats med Great ombord på Sofia i riktning mot den planetariska nebulosan NGC 7027
Trots att heliumhydridjonen HeH+ först dök upp för 13,8 miljarder år sedan, efter big bang, hade den ur mänsklighetens perspektiv varit förlorad i rymden. Väte och helium var de två första grundämnena, och i universums extrema födelseförhållanden antog astrokemisterna att de bildade den första molekylära bindningen någonsin i HeH+ … Rolf Güsten från Max Planck-institutet för radioastronomi i Tyskland och hans kolleger visste att HeH+ kan existera – det upptäcktes i laboratoriet 1925. Men nu har de för första gången på ett övertygande sätt sett den i rymden, i en nebulosa som existerar i det nuvarande universum.
”Bristen på bevis för HeH+ gav upphov till vissa tvivel om huruvida vi förstår bildandet och förstörelsen av denna speciella molekyl så väl som vi trodde”, säger Güsten till Chemistry World. ”Denna oro är borta nu.”
Güsten och kollegor observerade HeH+s roterande grundtillstånd i en planetarisk nebulosa med hjälp av en terahertzspektrometer (THz) som flyger på det luftburna Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (Sofia). Faktum är att denna studie är en av anledningarna till att det tyska instrumentet Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies byggdes.
Vetenskapsmännen har tidigare misslyckats med att hitta vibrationella infraröda spektroskopiska bevis för HeH+ trots stora ansträngningar. Terahertzspektrometri är ett svårt alternativ. Det roterande grundtillståndet för HeH+ har en våglängd på 149,137 µm. Ozon och vatten i jordens atmosfär blockerar allt detta ljus, vilket innebär att forskarna var tvungna att ta sig till stratosfären.
Källa: Den stora spektrometern för långt infrarött (till vänster) är monterad på teleskopflänsen på det flygande observatoriet Sofia (till höger).
Mellanåt visas spektroskopiska drag från mycket vanligare kol-väte-bindningar vid 149,09µm och 149,39µm. För att lyckas krävs därför hög spektral upplösning och mycket känsliga sensorer, eftersom Güstens team förväntade sig att signalen skulle vara svag. För att nå frekvensområdet på 2THz för signalen på 149,137µm krävdes också ”flera års tekniska framsteg”.
”Detta är en fantastisk första upptäckt av en molekylär art som säkerligen är av intresse och relevans för ett större astronomiskt samfund, och denna upptäckt öppnar dörren för ytterligare studier”, kommenterar astronomen Jan Cami från University of Western Ontario i Kanada.
Güsten och hans kollegor kommer exempelvis att leta efter mer HeH+ när Sofia flyger nästa gång, i juni. Men nu när de vet att HeH+ finns kan de börja leta efter det längre tillbaka i tiden mot big bang. De kommer att utnyttja kosmologiska rödförskjutningar, som liknar hur våglängder som sänds ut av objekt som rör sig bort från observatörer expanderar i dopplerförskjutningen. Det kommer att multiplicera HeH+-våglängden ungefär tio gånger, förklarar han, och göra ljuset från det unga universum synligt ”från stora markbaserade observatorier”, säger Güsten.