Einige hunderttausend Jahre nach dem Urknall kühlte sich die heiße, junge Suppe unseres Universums so weit ab, dass sich die kleinsten Bausteine des Lebens zum ersten Mal zu Atomen verbinden konnten. An einem milden Tag mit 3.700 Grad Celsius (6.700 Grad Fahrenheit) wurde ein Heliumatom auf ein einzelnes Proton geklebt - eigentlich ein positiv geladenes Wasserstoffion - und das allererste Molekül des Universums wurde gebildet: Heliumhydrid oder HeH +.
Wissenschaftler haben fast ein Jahrhundert lang Laborversionen dieses Urmoleküls untersucht, aber in unserem modernen Universum haben sie bisher keine Spuren davon gefunden - bis jetzt. In einer neuen Studie, die heute (17. April) in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, berichten Astronomen über die Verwendung eines Luftteleskops zum Nachweis von HeH +, das in der Gaswolke um einen etwa 3.000 Lichtjahre entfernten sterbenden Stern schwelt.
Laut den Forschern zeigt diese Entdeckung, die seit mehr als 13 Milliarden Jahren durchgeführt wird, schlüssig, dass HeH + auf natürliche Weise unter ähnlichen Bedingungen wie im frühen Universum gebildet wird.
"Obwohl HeH + heute auf der Erde von begrenzter Bedeutung ist, begann die Chemie des Universums mit diesem Ion", schrieb das Team in der neuen Studie. "Die hier gemeldete eindeutige Entdeckung bringt eine jahrzehntelange Suche endlich zu einem Happy End."
Das erste Molekül im Universum
HeH + ist die stärkste bekannte Säure auf der Erde und wurde erstmals 1925 in einem Labor synthetisiert. Weil es aus Wasserstoff und Helium hergestellt wird - den beiden am häufigsten vorkommenden Elementen im Universum und dem ersten, das aus dem Kernreaktor des Urknalls 13,8 Milliarden austritt Vor Jahren haben Wissenschaftler lange vorhergesagt, dass sich das Molekül als erstes gebildet hat, als das kühlende Universum Protonen, Neutronen und Elektronen in Atomen nebeneinander existieren ließ.
Wissenschaftler können das Universum nicht zurückspulen, um nach diesem jungen Molekül zu suchen, in dem es geboren wurde, aber sie können es in Teilen des modernen Universums suchen, die diese superschnellen, superdichten Bedingungen am besten nachbilden - in den jungen Nebeln aus Gas und Plasma, die explodieren von sterbenden Sternen.
Diese sogenannten planetarischen Nebel bilden sich, wenn sonnenähnliche Sterne das Ende ihres Lebens erreichen, ihre äußeren Schalen wegsprengen und zu weißen Zwergen schrumpfen, um sich langsam zu Kristallkugeln abzukühlen. Während diese sterbenden Sterne abkühlen, strahlen sie immer noch genug Wärme aus, um nahegelegene Wasserstoffatome von ihren Elektronen zu befreien, und verwandeln die Atome in bloße Protonen, die für die Bildung von HeH + erforderlich sind.
Der Nachweis von HeH + selbst in den der Erde am nächsten gelegenen planetarischen Nebeln ist schwierig, da es bei einer Infrarotwellenlänge leuchtet, die von der Atmosphäre unseres eigenen Planeten leicht verdeckt wird. In der neuen Studie haben die Forscher diesen atmosphärischen Dunst mithilfe eines High-Tech-Teleskops umgangen, das an einem sich bewegenden Flugzeug namens SOFIA (Stratosphärisches Observatorium für Infrarotastronomie) angebracht war.
Während dreier Flüge im Jahr 2016 trainierte das Team das SOFIA-Teleskop auf einem Planetennebel namens NGC 7027, etwa 3.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Der Zentralstern des Nebels ist einer der heißesten bekannten am Himmel, schrieben die Forscher, und es wird geschätzt, dass er seine äußere Hülle erst vor etwa 600 Jahren abgelegt hat. Da der umgebende Nebel so heiß, jung und kompakt ist, ist er ein idealer Ort für die Jagd auf HeH + -Wellenlängen. Laut den Forschern hat SOFIA sie genau dort gefunden.
"Die Entdeckung von HeH + ist eine dramatische und schöne Demonstration der Tendenz der Natur, Moleküle zu bilden", sagte der Co-Autor der Studie, David Neufeld, Professor an der Johns Hopkins University in Baltimore, in einer Erklärung. "Trotz der vielversprechenden Inhaltsstoffe, die verfügbar sind, bildet sich ein zerbrechliches Molekül, eine Mischung aus Wasserstoff mit dem nicht reaktiven Edelgas Helium und einer rauen Umgebung bei Tausenden von Grad Celsius."
