Fizikçiler, Büyük Patlama sonrası evrenin ilk kimyasal tepkimelerini, bebek evrenin koşullarına benzer ortamlarda ilk kez yeniden yarattılar.
Almanya'daki Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü'nden (MPIK) Florian Grussie liderliğindeki bir grup fizikçi, nötr bir helyum atomu ile iyonize bir hidrojen atomunun birleşmesinden oluşan bir molekül olan helyum hidrür iyonunun (HeH+) tepkimelerini başarıyla yeniden üretti.
Bunlar, evrendeki en bol bulunan ve yıldızların doğduğu madde olan moleküler hidrojenin (H2) oluşumuna yol açan ilk adımlardır. Bu yeni çalışma, günümüz evreninin oluşumuna katkı sağlayan en erken süreçlerden bazılarını aydınlatıyor.
Yaklaşık 13,8 milyar yıl önce evrenin doğum anı, atomların oluşamayacağı kadar yüksek sıcaklıklarda kaynayan temel parçacıkların sıcak, yoğun bir çorbasını üretti.
Çekirdeklerin ve elektronların yeterli enerjiyi kaybederek en erken elementleri oluşturması yaklaşık 380.000 yıl sürdü. Bu elementler periyodik tablonun en hafifleriydi; yaklaşık %75 hidrojen, %25 helyum ve eser miktarda lityum.
Hidrojen, daha ağır elementlerin doğduğu yıldız ocaklarını besleyen moleküler gaz bulutları olarak bugün de evrenin temel bileşenlerinden biri olmaya devam ediyor.
Ancak bunların hiçbiri, bilim insanlarının moleküler bulutların yeterince yoğunlaşarak bebek yıldızların tohumlarını oluşturacak şekilde kendi yerçekimleri altında çökebilmeleri için evreni yeterince soğutmada büyük rol oynadığına inandığı HeH+ olmadan gerçekleşemezdi.
Bunun nedeni, HeH+'ın pozitif ve negatif yükleri arasında nispeten büyük bir ayrılığa sahip olmasıdır. Elektrik alan varlığında, büyük bir yük ayrılığına sahip bir molekül, enerjinin dağılmasına yardımcı olan bir enerji kaymasına uğrar. Bu da HeH+'ın ilk yıldızların oluşumu için yolu açmada teorik olarak kilit bir rol oynadığı anlamına gelir.
Araştırmacılar, deneylerini Max Planck Enstitüsü'nün Cryogenic Storage Ring tesisinde gerçekleştirdiler. Bu tesis, mutlak sıfırın (-267 santigrat derece) sadece birkaç derece üzerinde vakum ortamında deneyler yapmak üzere tasarlanmış olup, derin uzay koşullarını taklit etmektedir.
Burada, HeH+ ile çekirdeğinde fazladan bir nötron bulunan hidrojen atomu olan döteryum arasındaki etkileşimleri dikkatle incelediler. HeH+ ve döteryum arasındaki bir etkileşim, nötr bir helyum atomu ve orijinal bileşenlerden daha düşük enerji seviyelerine sahip, bir nötr hidrojen atomu ve bir yüklü döteryum atomundan (HD+) oluşan bir molekül üretir.
Depolama halkası içinde araştırmacılar, biri HeH+ molekülleri, diğeri nötr döteryum içeren iki parçacık ışını ateşlediler. Tepkime hızını değiştiren sıcaklık için bir vekil olarak parçacıkların çarpıştığı enerjiyi değiştirmek için iki ışının hızını değiştirdiler.
Tepkime hızı, sıcaklık vekilinden bağımsız olarak sabit kaldı. Bu durum, HeH+'ın erken evrendeki rolünün soğuma ilerledikçe az almadığını ve ilk nesil yıldızların oluşumundaki rolünün önemli olduğunu düşündürmektedir.
MPIK'den fizikçi Holger Kreckel, "Önceki teoriler, düşük sıcaklıklarda tepkime olasılığında önemli bir azalma öngörüyordu, ancak bunu ne deneyde ne de meslektaşlarımızın yeni teorik hesaplamalarında doğrulayamadık" açıklamasında bulundu.
"Bu nedenle, HeH+'ın nötr hidrojen ve döteryum ile olan tepkimeleri, erken evrendeki kimya için önceden varsayılandan çok daha önemli görünmektedir."
