العثور على أولى الجزيئات الكونية في الفضاء

بعد حوالي 380000 عام من الانفجار الكبير ، بردت البلازما التي كانت كوننا بشكل كافٍ لتتحد النوى والإلكترونات. لتكوين أول ذرة و هي الهيليوم ، والتي سرعان ما ارتبطت مع أيونات الهيدروجين (البروتونات) لصنع أول جزيء في الكون ، هيدريد الهيليوم (HeH⁺).

في حين قام الكيميائيون بصنع مادة HeH⁺ في المختبر في وقت مبكر من عام 1925، لم يقترح العلماء أنه يمكن العثور عليها في وسط الفضاء بين النجوما الا في السبعينيات من القرن الماضي، بعد أربعة عقود، أبلغ علماء الفلك أنهم لاحظوها أخير (Nature 2019, DOI: 10.1038/s41586-019-1090-x). ما قد يرونه قد يغير نماذج التفاعلات الكيميائية في الفضاء.

يقول عالم الفيزياء فيليب ستانسيل من جامعة جورجيا إن الإخفاق في اكتشاف هوية HeH⁺ كان "مزعجًا" للعلماء. لقد كان أحد مؤلفي ورقة 2002 التي قررت أن HeH⁺هو أول جزيء بالكون. يقول ستانسيل انه كان مؤرقا للعلماء انه لم يكن بإمكانهم دعم نموذج السبعينيات لكيمياء الكون ببيانات تجريبية. لكن الان, يقول ستانسيل، انه بإمكانهم ذلك.

رولف غوستن وزملاؤه من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي حددوا طيفًا خطًيا خاصًا بـ HeH⁺ في رصد السديم الكوكبي NGC 7027 ، وهو أحد الأماكن التي يُعتقد باحتمالية وجود HeH⁺ فيها. إن HeH⁺ في السديم ليس من مخلفات سديم الكون البدائي. تتشكل السدم الكونية من نجوم منهارة تشبه في حجمها شمسنا، فتخرج طبقة من الغاز بعد أن تترك نجمًا قزمًا أبيض في مركزها. ما لاحظه فريق غوستن ان HeH⁺تشكل داخل تلك الطبقة.

>هناك عدة عوامل أدت إلى إعاقة الجهود السابقة لمراقبة HeH⁺ ، أولها الندرة النسبية. حدد الباحثون إشارة الدوران للجزيء عند 149.1 ميكرون. و إشارة الدوران لرابطة الكربون و الهيدروجين هي 149.09 ميكرون و هذا يؤدي في كثير من الأحيان إلى حجب هذه الإشارة. كما تحجبه المياه وجزيئات أخرى في الغلاف الجوي للأرض، مما يجعل الرصد الأرضي لها غير مرجحا.

لم يتم تصميم أي تلسكوبات أرضية أو فضائية لمراقبة هذا الجزء من الطيف. لذا، في عام 2016، قام الباحثون بالطيران مستعينين بمطياف على طائرة معدلة لوكالة ناسا والتي تحمل على متنها تلسكوب فوق الجزء االاكبر سماكة من طبقات الغلاف الجوي، على ارتفاع يزيد عن 12000 متر. استخدم فريق غوستن مقياس الطيف المتغاير، الذي يقارن الضوء الوارد بالضوء المرجعي ، وهي تقنية يمكن أن تزيد من الحساسية الاستشعارية. مما مكن الباحثون من التمييز بين طيف الانتقال الخطي ل HeH⁺ من الطيف الخطي ل C-H في بياناتهم.

"لقد كان بحثًا طويلًا" هذاما يقوله جيروم لورو، وهو عالم فيزياء قام بتطوير نماذج لكيفية تطور جزيآت HeH⁺ وجزيئات أخرى في الكون المبكر. ويقول إن أحد أسباب المثيرة للاهتمام لهذا الرصد هو "أن هناك تباينًا بين الكمية المتوقعة من HeH⁺ والكمية الموجودة". استنادًا إلى ملاحظاتهم ، قام فريق غوستن بحساب الكمية ل HeH⁺ وكانت أكثر بثلاثة أضعاف من المتوقع وفقا لحسابات النمذجة للتفاعلات الكيميائية في الفضاء.

يقول لورو إن عدم التطابق يشير إلى وجود مجال للتحسين في النماذج الفيزيائية الفلكية. هذا ما أكده غوستن في قوله: "أتوقع أن تتغير نماذج الكون البدائي".

ستانسيل أقل ثقة. يقول إنه وضع بالفعل خططًا مع زميل له لإعادة حساب معدلات تفاعل HeH⁺ في ضوء هذه النتيجة. لكنه يقول إن الكثير من الافتراضات في حسابات الباحثين والتي ربما تخفي شيئًا ما لم يفهمه العلماء تمامًا بعد. ومع ذلك ، يقول إن هذا الاكتشاف من المحتمل أن يحفز النمذجة والأعمال المختبرية الجديدة التي يمكن أن تحسن فهمنا للكيمياء في الفضاء وبداية الكون.