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在宇宙中检测到了大爆炸后最先出现那种的分子

经过数十年的搜寻,科学家终于在太空中探测到了大爆炸后宇宙中出现的第一种分子键。

行星状星云NGC 7027中的氦氢离子HeH+,巩固了已知的宇宙化学理论。

天文学家Rolf Güsten告诉ScienceAlert说:“以前附近空间里缺乏氢化氦存在的证据,使得人们怀疑,我们对早期宇宙中的化学过程的理解是否正确。”

“现在终于可以打消疑虑。”

早期宇宙在140亿年前的大爆炸之后逐渐冷却,理论认为这时候轻元素离子应该重新组合。在低于4000开尔文的某个温度下,早期宇宙见证了被研究人员称之为“化学曙光”的阶段。

“在这种无金属和低密度的环境中,中性氦原子通过与质子结合形成了氦氢离子HeH+——宇宙中的第一个分子键。”Güsten和其他研究人员在一篇新论文中解释道。

大约100年前,科学家就在实验室内再现了宇宙初期发生的基础化学过程。氢化氦——最基本的化合物——我们从来没有在自然环境中发现过“野生的”化学键。自然环境,我们指的是空间,而空间再具体一点,指的是行星状星云。

行星状星云发光,在恒星的最后阶段,电离气体云高速膨胀——它们是最接近大爆炸后的宇宙化学环境的天文类似物之一,至少就HeH+而言。

在20世纪70年代,科学家们预测,可能会在行星状星云中形成HeH+,但直到不久前,我们仍然无法探测到它们。

根据研究人员的说法,这是因为地球的大气层就像是一面墙,阻挡了特定分子的红外波长。

此外,先前光谱测定法的较低分辨率使得观测结果相当模糊。

Güsten的团队能够同时克服这两大障碍,归功于太空天文台(SOFIA)升级了德国太赫兹频率天文学接收器(GREAT)的能力。

根据Güsten的说法,GREAT是世界上唯一可以进行此类观测的仪器,如果将其放置在轨道上,就能用来检测太空中的化学键。

“不能从地面观测站开始搜索,因为对149μm波长的光,大气层是完全不透明的。”Güsten说,“所以你需要进入太空或从像SOFIA这样的高空飞行平台操作仪器,在低层大气层上方巡航。”

在2016年5月的三次飞行中,该团队使用高分辨率光谱仪观察行星状星云NGC 7027,仪器给了科学家们想要的东西:最古老分子的首个明确信号。

Güsten说,随着NGC 7027的新结果出现,我们现在可以计算氢化氦分子形成和分解的化学反应率。

“各自的比率难以衡量/计算,近年来文献中的不同估值已经相差10倍之多,”Güsten说,“实际观察将有助于’校准’数据,这些知识将反馈到早期宇宙的化学’网络’的构建上。”

他们的论文发表在Nature上。

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