Nalezen důkaz o nepolapitelné chemii z prvních minut vesmíru
Zdroj: Složení: NIESYTO design; Obrázek NGC 7027: William B. Latter (SIRTF Science Center/Caltech) a N
Snímek zobrazující spektrum HeH+ pozorované pomocí přístroje Great on board of Sofia směrem k planetární mlhovině NGC 7027
Přestože se hydridový iont helia HeH+ poprvé objevil před 13,8 miliardami let po velkém třesku, z pohledu lidstva se ve vesmíru ztratil. Vodík a helium byly dva první prvky a v extrémních podmínkách zrodu vesmíru astrochemici předpokládali, že vytvořily vůbec první molekulární vazbu v HeH+.. Rolf Güsten z Institutu Maxe Plancka pro radioastronomii v Německu a jeho kolegové věděli, že HeH+ může existovat – v laboratoři byl spatřen již v roce 1925. Nyní jej však poprvé přesvědčivě spatřili ve vesmíru, a to v mlhovině, která existuje v současném vesmíru.
„Nedostatek důkazů o HeH+ vyvolal určité pochybnosti, zda skutečně rozumíme vzniku a zániku této zvláštní molekuly tak dobře, jak jsme si mysleli,“ říká Güsten v rozhovoru pro Chemický svět. ‚Tyto obavy nyní pominuly.“
Güsten a jeho kolegové pozorovali základní rotační stav HeH+ v planetární mlhovině pomocí terahertzového (THz) spektrometru létajícího na palubě Stratosférické observatoře pro infračervenou astronomii (Sofia). Tato studie je vlastně jedním z důvodů, proč byl postaven německý přístroj Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies (Přijímač pro astronomii na terahertzových frekvencích).
Vědcům se dříve přes velké úsilí nepodařilo najít důkaz vibrační infračervené spektroskopie pro HeH+. Terahertzová spektrometrie je obtížnou alternativou. Rotační základní stav HeH+ má vlnovou délku 149,137 μm. Ozon a voda v zemské atmosféře toto světlo blokují, což znamená, že vědci museli vzít zavděk stratosférou.
Zdroj: Vlevo: © Carlos Duran/MPIfR; vpravo: © NASA Photo/Jim Ross
Velký spektrometr pro dalekou infračervenou oblast (vlevo) je připevněn k přírubě teleskopu létající observatoře Sofia (vpravo)
Mimo to se objevují spektroskopické prvky z mnohem běžnějších vazeb uhlíku a vodíku na vlnové délce 149,09µm a 149,39µm. Úspěch proto vyžadoval vysoké spektrální rozlišení a velmi citlivé senzory, protože Güstenův tým očekával, že signál bude slabý. Dosažení 2THz frekvenčního rozsahu signálu 149,137µm si také „vyžádalo několik let technologického pokroku“.
„Jedná se o skvělou první detekci molekulárního druhu, který je jistě zajímavý a důležitý pro širší astronomickou komunitu, a tato detekce otevírá dveře pro další studium,“ komentuje astronom Jan Cami z University of Western Ontario v Kanadě.
Například při příštím průletu Sofií v červnu budou Güsten a jeho kolegové hledat další HeH+. Nyní však již vědí, že HeH+ existuje, a mohou po něm začít pátrat dále v čase směrem k velkému třesku. Využijí k tomu kosmologický červený posuv, podobný tomu, jak se vlnové délky vyzařované objekty vzdalujícími se od pozorovatelů rozšiřují při Dopplerově posuvu. Tím se vlnová délka HeH+ znásobí přibližně desetkrát, vysvětluje, takže světlo z mladého vesmíru bude viditelné „z velkých pozemních observatoří“, říká Güsten.