A Max Planck Intézet fizikusai laboratóriumi körülmények között megalkották azokat a molekulákat és a segítségükkel azokat a kémiai reakciókat, amelyek a világegyetem keletkezése után a legelső molekuláris folyamatokat képviselték, emellett alapvető fontosságú szerepet játszottak a legelső csillagok kialakulásában is.

Az intézet leírása szerint az univerzumot, miután a körülbelül 13,8 milliárd évvel ezelőtt bekövetkező ősrobbanás során létrejött, az első másodpercekben hihetetlenül magas hőmérséklet és sűrűség jellemezte. Ez a különleges állapot nem tartott sokáig, pár másodperc múlva már lehűlt annyira az univerzum, hogy az első elemek, konkrétan a hidrogén és a hélium, elkezdtek formálódni. Az ezután következő 380 ezer évben azonban a hidrogén és a hélium is ionizált állapotban létezett, csak a hőmérséklet további csökkenése után alakulhattak ki a semleges atomok a szabad elektronok rekombinálódása által. Miután létrejött az első semleges (nem ionizált) hélium, megnyílt az út a molekulák születése előtt is, a legelső példány pedig a héliumatom és az ionizált hidrogénmag egyesülésével keletkező hélium-hidrid-ion (HeH+) lett.

A hélium-hidrid-ion megjelenése mérföldkő volt az univerzum további alakulása szempontjából,

mivel a molekulák létrejötte valódi láncreakciót indított be, ami a sokkal bonyolultabb kémiai folyamatok, és a komplexebb elemek kialakulásához vezetett idővel. Ennek a sorozatnak fontos állomása volt a molekuláris hidrogén (H₂) keletkezése, ami azóta is az univerzum leggyakoribb eleme. A H₂ kulcsfontosságú volt a csillagok születésében - amire egyébként még sok millió évet kellett “várni” -, de az egyszerűbb HeH+ nélkül sem lett volna lehetséges a csillagok kialakulása.

A hélium-hidrid-ion jelentősége 10 ezer Celsius-fokos hőmérséklet alatt vált nyilvánvalóvá, ezen az alacsonyabb hőmérsékleten ugyanis a csillagok nukleáris fúziójának beindításához szükséges hőelvezetési folyamatok inkább a dipólus momentummal rendelkező HeH+ molekulától függenek, mint a H₂-től.

A kutatók a teóriát laboratóriumi kísérlettel bizonyították, amely során a hélium-hidrid-ionokat a hidrogén egyik izotópjával, deutériummal vegyítették. A kísérletet egy kriogenikus berendezésben (Cryogenic Storage Ring, CSR) végezték el, amelyben a molekulákat -267 °C-ra hűtötték, majd deutériumsugárral ütköztették. A kutatók felfedezték, hogy az ütközésekből kiinduló reakciók folyamatának tempója a hőmérséklet csökkenésével nem lassul, hanem konstans marad, ami ellentmond a korábbi feltételezéseknek.

“A HeH+ reakciója a semleges hidrogénnel és a deutériummal sokkal fontosabbnak tűnik a korai univerzum kémiája szempontjából, mint azt korábban gondoltuk.”

- mondta el Dr Holger Kreckel, a Max Planck Intézet munkatársa.

A mostani kísérlet hozzájárulhat az első csillagok létrejöttének közelebbi megértéséhez, és az univerzum egészen korai időszakának feltérképezéséhez is az intézet leírása alapján.

(Fotó: MPIK/W. B. Latter (SIRTF Science Center/Caltech)/NASA, geralt/Pixabay)