Neposredno nakon Velikog praska, svemir je bio prostor ekstremnih temperatura i elementarnih čestica. U toj kaotičnoj fazi, prije gotovo 14 milijardi godina, formirala se prva molekula, helijev hidridni ion, spoj helija i protoniranog vodika.
U novom eksperimentu, znanstvenici iz Njemačke uspjeli su po prvi put rekreirati taj drevni ionski spoj u laboratoriju, oponašajući uvjete ranog svemira. Rezultati su, kažu autori, u suprotnosti s dosadašnjim predviđanjima i otvaraju nova pitanja o stvaranju zvijezda i kemiji ranog svemira.
Molekula starija od zvijezda
Nakon što su temperature svemira počele padati u sekundama i minutama nakon Velikog praska, formirali su se prvi atomi, prije svega vodik i helij. No tek stotinama tisuća godina kasnije, uvjeti su postali dovoljno stabilni da se ti elementi počnu kemijski vezivati.
Prvi takav spoj bio je helijev hidridni ion (HeH⁺). Riječ je o vrlo jednostavnoj molekuli, sastavljenoj od atoma helija i vodikovog protona. Iako jednostavan, HeH⁺ je imao presudnu ulogu u oblikovanju svemira, jer je služio kao međukorak prema nastanku molekularnog vodika (H₂), najzastupljenije molekule u današnjem svemiru.
Bez tih molekula, formiranje prvih zvijezda bilo bi znatno teže.
Kako zvijezde počinju gorjeti
Za nastanak zvijezde potrebna je lančana reakcija sudara između atoma i molekula, proces koji stvara dovoljno topline da započne nuklearnu fuziju. No ti procesi nisu učinkoviti na niskim temperaturama, posebno ispod 10.000 °C.
Upravo tu dolazi do izražaja važnost helijevog hidridnog iona. On je sposoban inicirati reakcije i pri znatno hladnijim uvjetima, čime je odigrao ključnu ulogu u stvaranju prvih zvjezdanih jezgra.
Prema istraživačima, količina HeH⁺ iona prisutna u ranom svemiru mogla je izravno utjecati na brzinu i učinkovitost nastanka prvih zvijezda.
Rekonstrukcija ispod −267 °C
Da bi ispitali ponašanje helijevog hidridnog iona, znanstvenici su razvili eksperiment u kojem su ione rashladili gotovo do apsolutne nule, na −267 °C, kako bi oponašali uvjete svemira prije stvaranja zvijezda.
Zatim su te rashlađene ione HeH⁺ sudarili s teškim vodikom (deuterijem), postupak koji je trebao oponašati mehanizme ranih zvjezdanih reakcija. Fokus istraživanja bio je na tome kako temperatura utječe na vjerojatnost kemijske reakcije između tih čestica.
Prema dosadašnjim teorijama, takve reakcije trebale bi se usporiti na nižim temperaturama. No rezultati su pokazali suprotno.
Rezultati koji mijenjaju teoriju
“Dosadašnji modeli predviđali su znatno usporavanje reakcija na niskim temperaturama, ali mi to nismo uspjeli potvrditi, ni eksperimentalno ni u novim teorijskim izračunima”, izjavio je Holger Kreckel, suautor studije i istraživač u Institutu Max Planck za nuklearnu fiziku.
Drugim riječima, HeH⁺ je reaktivan i u ekstremno hladnim uvjetima, što znači da je njegova uloga u ranom svemiru bila značajnija nego što se dosad pretpostavljalo.
Autori zaključuju da bi ovo otkriće moglo imati ozbiljne posljedice za kozmološke modele koji opisuju nastanak zvijezda, hlađenje plinova i kemijske procese neposredno nakon Velikog praska.
Nova pitanja za kozmologe
Ako su reakcije helijevog hidridnog iona bile učinkovitije nego što se dosad mislilo, nastanak prvih zvijezda mogao je biti znatno brži i odvijati se pod drugačijim uvjetima nego što to prikazuju današnji modeli.
Ova studija ne nudi konačne odgovore, ali jasno pokazuje da ključne kemijske karike ranog svemira još nisu potpuno shvaćene. Slijede novi eksperimenti, dodatne simulacije i moguće revizije postojećih teorija koje objašnjavaju kako su nastali prvi svjetionici svemira, zvijezde koje su oblikovale galaksije. Studija je objavljena 24. srpnja u časopisu Astronomy and Astrophysics.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
