Через кілька секунд після Великого вибуху в новонародженому Всесвіті з’явилися перші елементи — іонізовані форми водню та гелію. Ці частинки з’єдналися, утворивши гідрид гелію — першу в історії молекулу. Пройшло ще кілька сотень мільйонів років, перш ніж з’явилися перші зірки, і вчені довго ламали голову над точним характером хімічних процесів, що призвели до їхнього утворення.

Щоб спробувати розібратися в історії походження зірок, вчені з Інституту ядерної фізики імені Макса Планка в Гейдельберзі, Німеччина, відтворили гідрид гелію в лабораторії. Вони виявили, що він, ймовірно, відігравав набагато більшу роль у народженні зірок, ніж вони раніше думали, допомагаючи первинним газовим хмарам скинути достатньо тепла, щоб колапсувати в зірки.

У ході дослідження вчені відтворили зіткнення між гідридом гелію та дейтерієм у рамках експерименту, який, на їхню думку, є першим у своєму роді, згідно з прес-релізом. Результати дослідження, опубліковані 24 липня в журналі Astronomy & Astrophysics, свідчать про те, що швидкість реакції залишається постійною при зниженні температури, що суперечить результатам попередніх досліджень.

«Попередні теорії передбачали значне зниження ймовірності реакції при низьких температурах, але ми не змогли підтвердити це ні в експерименті, ні в нових теоретичних розрахунках наших колег», — заявив у своїй заяві Хольгер Крекель, дослідник з Інституту Макса Планка і головний автор дослідження.

«Отже, реакції [гідриду гелію] з нейтральним воднем і дейтерієм, як видається, мали набагато більший вплив на хімічні процеси в ранньому Всесвіті, ніж вважалося раніше», — додав він.

Дві реакції гідриду гелію утворюють молекулярний водень і, ймовірно, сприяли утворенню зірок у ранньому Всесвіті. У першій реакції, відтвореній у дослідженні, дейтерій, ізотоп водню, що містить нейтрон на додаток до протона, зіштовхується з гідридом гелію, утворюючи дейтерид водню, форму молекулярного водню, що складається з атома водню та атома дейтерію. Інша реакція відбувається, коли гідрид гелію стикається з нейтральним атомом водню, утворюючи нейтральний молекулярний водень. Обидві форми молекулярного водню діють як охолоджувачі, допомагаючи туманностям втрачати тепло, конденсуватися і, зрештою, колапсувати в зірки.

Для проведення експерименту дослідники використовували кріогенне накопичувальне кільце Макса Планка. Ця низькотемпературна реакційна камера дозволяє вченим вивчати молекулярні та атомні реакції в умовах, схожих на космічні. Команда зберігала іони гідриду гелію всередині камери протягом хвилини при температурі приблизно -450 градусів Фаренгейта (-267 градусів Цельсія), а потім наклала на них пучок нейтральних атомів дейтерію. Щоб спостерігати, як швидкість зіткнення змінюється залежно від енергії зіткнення, що безпосередньо пов’язана з температурою, вони регулювали відносну швидкість двох пучків частинок.

Раніше вчені вважали, що швидкість реакцій сповільнюється зі зниженням температури, але результати цього експерименту свідчать про протилежне. Дослідники виявили, що швидкість залишалася майже незмінною, незважаючи на зниження температури. Цей несподіваний результат свідчить про те, що гідрид гелію залишається хімічно активним навіть у холодних умовах. Вчені стверджують у своїй статті, що це відкриття має спонукати до переоцінки хімії гелію в ранньому Всесвіті.