O echipă de fizicieni a recreat primele reacții chimice din Univers

Nașterea primelor molecule în Universul tânăr

La aproximativ 13,8 miliarde de ani după Big Bang, Universul era o masă extrem de fierbinte și densă de particule fundamentale. Abia după 380.000 de ani, pe măsură ce Universul s-a extins și s-a răcit, a fost posibil ca protonii și electronii să se combine și să formeze atomi simpli – în principal hidrogen și heliu. Totuși, formarea primelor molecule, necesare pentru apariția stelelor și a galaxiilor, a presupus pași suplimentari în chimia cosmică incipientă, transmite Știri.md cu referire la playtech.ro.

Una dintre cele mai importante molecule din această etapă a fost ionul hidrid de heliu (HeH⁺), o combinație între un atom neutru de heliu și un ion de hidrogen. Acesta este considerat de cercetători drept prima moleculă formată în Univers și un actor cheie în procesul de răcire a materiei cosmice, fără de care norii moleculari nu s-ar fi putut contracta pentru a da naștere stelelor.

O echipă internațională de fizicieni, condusă de Florian Grussie de la Institutul Max Planck pentru Fizică Nucleară din Germania, a reușit pentru prima dată să recreeze reacțiile implicate în formarea acestui ion într-un mediu experimental care imită condițiile din Universul timpuriu.

Condiții de laborator care simulează spațiul cosmic

Pentru a reproduce reacțiile din perioada imediat următoare Big Bang-ului, cercetătorii au folosit inelul criogenic de stocare de la Institutul Max Planck – o instalație care permite desfășurarea de experimente în vid și la temperaturi extrem de scăzute, apropiate de zero absolut (-267 °C). Aceste condiții sunt similare celor din spațiul interstelar și sunt ideale pentru studierea comportamentului moleculelor antice.

În cadrul experimentului, două fascicule de particule au fost dirijate să se intersecteze: unul conținând molecule de HeH⁺, iar celălalt atomi neutri de deuteriu (o formă de hidrogen cu un neutron suplimentar). Prin varierea vitezei fasciculelor, cercetătorii au putut simula diferite „temperaturi” pentru a evalua dacă reacțiile chimice sunt influențate de nivelul energetic al sistemului.

Rezultatul a fost neașteptat: reacția dintre HeH⁺ și deuteriu s-a desfășurat cu aceeași eficiență indiferent de temperatură, contrazicând predicțiile teoretice anterioare. Acest lucru sugerează că aceste reacții chimice au fost extrem de importante și constante pe măsură ce Universul se răcea, susținând formarea moleculelor și, ulterior, a stelelor.

Implicații pentru înțelegerea evoluției cosmice

Importanța ionului HeH⁺ în istoria Universului nu este doar teoretică. Această moleculă joacă un rol esențial în răcirea materiei datorită structurii sale – având o separare pronunțată între sarcinile pozitive și negative, HeH⁺ este foarte eficient în disiparea căldurii în prezența unui câmp electric. Astfel, el a permis contracția norilor de gaz, un pas critic în formarea primelor stele.

Faptul că reacțiile dintre HeH⁺ și hidrogenul neutru sau deuteriu au fost atât de eficiente în condiții similare celor din Universul timpuriu sugerează că aceste procese au fost mult mai importante pentru evoluția chimică a cosmosului decât se credea până acum.

Physicistul Holger Kreckel, coautor al studiului, a subliniat că experimentele contrazic estimările anterioare care prevedeau o scădere semnificativă a probabilității reacțiilor la temperaturi joase. „Reacțiile dintre HeH⁺ și hidrogenul sau deuteriu neutru par să fi avut un rol mult mai important în chimia primară a Universului decât am presupus inițial,” a declarat el.

Studiul, publicat în jurnalul Astronomy & Astrophysics, nu doar că validează teorii vechi, ci deschide noi direcții pentru înțelegerea modului în care Universul a evoluat din haosul inițial până la structurile complexe pe care le observăm astăzi – galaxii, stele, planete și, în cele din urmă, viață.

Prin recrearea acestor reacții fundamentale, cercetătorii fac pași importanți către o reconstrucție experimentală a istoriei chimice a Universului. Este un reminder că pentru a înțelege prezentul – și poate chiar viitorul – este esențial să pătrundem cât mai adânc în misterele începuturilor cosmice.