کهن‌ترین مولکول کیهان در فضا کشف شد!

بیگ بنگ: نمونه‌ی نخستین مولکول کیهان پس از چندین دهه جستجو در فضا کشف شد. دانشمندان شناسه‌های این مولکول را در کهکشان خودمان و به کمک بزرگ‌ترین رصدخانۀ هوابرد جهان، یعنی سوفیای ناسا (SOFIA) یافتند.

heh v
در این تصویر سحابی سیاره‌نمای ان‌جی‌سی ۷۰۲۷ و مولکول هیدرید هلیوم نشان داده شده است. رصدخانه‌ی هوابرد سوفیا در این سحابی مولکول هیدرید هلیوم را شناسایی کرد، پیوندی از هلیوم (سرخ) و هیدروژن (آبی)، که نخستین گونه‌ی مولکولی بود که در کیهان آغازین ساخته شد.

کیهان در لحظات آغازینش، هنگامی که هنوز بسیار جوان بود، تنها چند گونه اتم در خود داشت. به باور دانشمندان حدود ۱۰۰ هزار سال پس از بیگ بنگ هلیوم و هیدروژن به هم پیوستند و برای نخستین‌بار مولکولی به نام “هیدرید هلیوم” ساختند. هیدرید هلیوم (HeH+) باید در بخش‌هایی از جهان امروز هم باشد، ولی هرگز در فضا یافته نشد- تا امروز.

سوفیا این هیدرید هلیومِ روزگار نوین را در یک سحابی سیاره‌نما پیدا کرد، پسماندی از یک ستارۀ مرده که زمانی برای خودش یک ستاره‌ خورشید مانند بود. این سحابی سیاره‌‌نما با نام ان‌جی‌سی ۷۰۲۷* که ۳۰۰۰ سال نوری از زمین فاصله دارد، در صورت فلکی ماکیان واقع شده و دارای شرایطی‌ است که اجازۀ شکل‌گیری به این مولکول رازگونه را داده است. این کشف اثباتی‌ است بر اینکه هیدرید هلیوم می‌تواند واقعا در فضا وجود داشته باشد. این یک بخش کلیدی در شناخت بنیادین ما را از شیمی کیهان آغازین و چگونگی فرگشت آن در طی میلیاردها سال، و رسیدن به ساختار شیمیایی پیچیدۀ امروز تایید می‌کند.

«هرولد یورک»، مدیر مرکز علمی سوفیا می‌گوید: «این مولکول خود را در فضا پنهان کرده بود، اما برای انجام رصدها در جای مناسب، نیاز به دستگاه مناسب داشتیم- و سوفیا به خوبی توانست از پس آن بر آید.» امروزه کیهان پر از ساختارهای بزرگ و پیچیده‌ای مانند سیاره‌، ستاره و کهکشان است. ولی بیش از ۱۳ میلیارد سال پیش، پس از بیگ بنگ، کیهان جایی داغ بود و تنها چیزی که در آن پیدا می‌شد چند گونه اتم بود، بطور عمده هلیوم و هیدروژن. با آغاز پیوند اتم‌ها و ساخته شدن مولکول‌ها، کیهان هم سرانجام توانست خنک شود و آغاز به شکل‌گیری کند. دانشمندان نتیجه گرفته‌اند که نخستین و کهن‌ترین مولکول، همین “هیدرید هلیوم” میباشد.

با آغاز روند خنک شدن، اتم‌های هیدروژن توانستند با هیدرید هلیوم برهمکنش انجام داده و هیدروژن مولکولی را پدید بیاورند- مولکولی که نقش اصلی را در شکل‌گیری نخستین ستارگان داشت. ستارگان در ادامه همۀ عناصر سرشار از مواد شیمیاییِ امروز کیهان را ساختند. اما مساله اینجاست که دانشمندان نمی‌توانستند “هیدرید هلیوم” را در فضا پیدا کنند. این نخستین گام در تولد شیمی تا به امروز ثابت‌نشده بر جا مانده بود.

رالف گستن از بنیاد رادیواخترشناسی ماکس پلانک در بن آلمان و نویسندۀ اصلی این پژوهش گفت: «نبودِ شواهدی که تنها وجود هیدرید هلیوم را در فضای میان‌ستاره‌ای نشان دهد رازی چند دهه‌ای پیش روی اخترشناسان بود.» هیدرید هلیوم مولکول بدقلقی‌ است. هلیوم خودش یک گاز نجیب است که همین، ترکیب شدنش با هرگونه اتم دیگری را بسیار بعید می‌کند. ولی در سال ۱۹۲۵، دانشمندان توانستند کاری کنند که هلیوم یکی از الکترون‌هایش را با یون هیدروژن به اشتراک بگذارد، و بدین ترتیب این مولکول را پدید بیاورند.

سپس در اواخر دهه‌ ۱۹۷۰، دانشمندانی که سحابی سیاره‌نما ان‌جی‌سی ۷۰۲۷ را بررسی می‌کردند به این فکر افتادند که محیط آن شاید درست همان جای مناسب برای پدید آمدن هیدرید هلیوم باشد. پرتوهای فرابنفش و گرمای ستارگانِ پیر شرایطی آرمانی برای ساخته شدن هیدرید هلیوم پدید می‌آورند. ولی رصدهایشان بی‌نتیجه بود. تلاش‌های بعدی نشان داد که چنین چیزی می‌تواند آنجا باشد، اما این مولکول اسرارآمیز همچنان به پنهان کردن خود ادامه داد. تلسکوپ‌های فضایی که برای این هدف به کار گرفته شدند فناوری ویژه‌ای که برای جدا کردن سیگنال هیدرید هلیوم از دیگر مولکول‌های سحابی نیاز بود را نداشتند.

NGC HubbleSchmidtدر سال ۲۰۱۶ دانشمندان از سوفیا کمک گرفتند. سوفیا که تا ارتافع ۴۵۰۰۰ پایی بالا می‌رود، رصدهایش را در جایی بالاتر از لایه‌های مزاحم جو زمین انجام می‌دهد. ولی این تلسکوپ هوایی ویژگی سودمندی دارد که تلسکوپ‌های فضایی از آن بی‌بهره‌اند: می‌تواند پس از هر پرواز به زمین بازگردد.

نسیم رنگوالا، دانشمند دستیار پروژۀ سوفیا می‌گوید: «ما می‌توانیم دستگاه‌ها را عوض کنیم و دستگاه‌هایی با تازه‌ترین فناوری‌ روی آنها نصب کنیم. این انعطاف‌پذیری به ما امکان می‌دهد تا رصدهایمان را بهبود بخشیده و به فوری‌ترین پرسش‌های دانشمندان پاسخ دهد.» یکی از بروزرسانی‌های جدید که در یکی از دستگاه‌های سوفیا به نام “گیرندۀ آلمانی در بسامدهای تراهرتز” (گریت، GREAT) انجام شد، کانال ویژۀ هیدرید هلیوم را که تلسکوپ‌های پیشین نداشتند به آن داد.

این دستگاه مانند یک گیرندۀ رادیویی کار می‌کند. دانشمندان آن را روی بسامد مولکولی که در جستجویش هستند تنظیم می‌کنند، همانگونه که یک رادیوی اف‌ام روی ایستگاه دلخواه تنظیم می‌شود. هنگامی که سوفیا به آسمان شب رفت، دانشمندانِ مشتاق هم با آن رفتند و داده‌ها را همزمان از دستگاه می‌خواندند. و سرانجام سیگنال هیدرید هلیوم بلند و آشکار خود را نشان داد.

گستن می‌گوید: «اینکه آنجا بودیم و برای نخستین‌بار سیگنال ِ “هیدرید هلیوم” را در داده‌ها مشاهده کردیم بسیار هیجان‌انگیز بود. این پایانی خوش برای جستجویی درازمدت بود و تردیدها دربارۀ شناخت ما از شیمی بنیادین کیهان آغازین را زدود.» جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Nature منتشر شده است.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *