Prove trovate per la chimica sfuggente dai primi minuti dell’universo
Fonte: Composizione: NIESYTO design; Immagine NGC 7027: William B. Latter (SIRTF Science Center/Caltech) e N
Un’immagine che mostra lo spettro di HeH+ come osservato con Great a bordo di Sofia verso la nebulosa planetaria NGC 7027
Nonostante lo ione idruro di elio HeH+ sia apparso 13,8 miliardi di anni fa, dopo il big bang, dalla prospettiva dell’umanità si era perso nello spazio. L’idrogeno e l’elio erano i due primi elementi, e nelle condizioni estreme di nascita dell’universo gli astrochimici presumevano che avessero formato il primo legame molecolare in HeH+. Rolf Güsten dell’Istituto Max Planck per la Radioastronomia in Germania e i colleghi sapevano che l’HeH+ può esistere – è stato individuato in laboratorio nel 1925. Ma ora, l’hanno visto in modo convincente nello spazio per la prima volta, in una nebulosa che esiste nell’universo attuale.
“La mancanza di prove di HeH+ ha causato alcuni dubbi se abbiamo capito la formazione e la distruzione di questa molecola speciale così bene come pensavamo”, dice Güsten a Chemistry World.
Güsten e colleghi hanno osservato lo stato di terra rotazionale di HeH+ in una nebulosa planetaria utilizzando uno spettrometro terahertz (THz) che vola sull’osservatorio stratosferico per l’astronomia infrarossa (Sofia). Infatti, questo studio è una delle ragioni per cui è stato costruito lo strumento tedesco Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies.
In precedenza gli scienziati non sono riusciti a trovare prove di spettroscopia vibrazionale infrarossa per HeH+ nonostante i grandi sforzi. La spettrometria a terahertz è un’alternativa difficile. Lo stato fondamentale di rotazione dell’HeH+ ha una lunghezza d’onda di 149,137 µm. L’ozono e l’acqua nell’atmosfera terrestre bloccano tutta questa luce, il che significa che i ricercatori hanno dovuto prendere la stratosfera.
Fonte: Sinistra: © Carlos Duran/MPIfR; Destra: © NASA Photo/Jim Ross
Lo spettrometro Great far-infrared (a sinistra) è montato sulla flangia del telescopio dell’osservatorio volante Sofia (a destra)
Mentre le caratteristiche spettroscopiche da legami carbonio-idrogeno molto più comuni appaiono a 149.09µm e 149.39µm. Il successo richiedeva quindi un’alta risoluzione spettrale e sensori molto sensibili, poiché il team di Güsten si aspettava che il segnale fosse debole. Raggiungere la gamma di frequenza di 2THz del segnale a 149,137µm ha anche “richiesto diversi anni di progressi tecnologici”.
“Questa è una grande prima rilevazione di una specie molecolare che è certamente di interesse e rilevanza per una più ampia comunità astronomica, e questa rilevazione apre la porta per ulteriori studi”, commenta l’astronomo Jan Cami della University of Western Ontario, Canada.
Per esempio, Güsten e colleghi cercheranno più HeH+ quando Sofia volerà di nuovo, a giugno. Ma ora sanno che HeH+ esiste, possono iniziare a cercarlo più indietro nel tempo, verso il big bang. Sfrutteranno il redshift cosmologico, simile a come le lunghezze d’onda emesse dagli oggetti che si allontanano dagli osservatori si espandono nello spostamento Doppler. Questo moltiplicherà la lunghezza d’onda di HeH+ di circa dieci volte, spiega, rendendo la luce del giovane universo visibile “da grandi osservatori a terra”, dice Güsten.