سرانجام نمونه‌ی نخستین مولکول کیهان در فضا یافته شد

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

جهان هستی در روزگار آغازینش، هنگامی که هنوز بسیار جوان بود، تنها چند گونه اتم در خود داشت. به باور دانشمندان حدود ۱۰۰ هزار سال پس از مهبانگ (انفجار بزرگ) هلیوم و هیدروژن به هم پیوستند و برای نخستین بار 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.

در این تصویر سحابی سیاره‌ای ان‌جی‌سی ۷۰۲۷ و مولکول هیدرید هلیوم نشان داده شده. 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. این نخستین بارست که هیدرید هلیوم در کیهان امروزی یافته می‌شود. اندازه‌ی بزرگ‌تر

سوفیا این هیدرید هلیومِ روزگار نوین را در یک سحابی سیاره‌ای (سیاره‌نما) پیدا کرد، پسماندی از یک ستاره‌ی مرده که زمانی برای خودش یک ستاره‌ی خورشیدسان بوده. این سحابی سیاره‌ای با نام ان‌جی‌سی ۷۰۲۷* که با فاصله‌ی ۳۰۰۰ سال نوری از زمین، در صورت فلکی ماکیان دیده می‌شود، دارای شرایطی‌ست که اجازه‌ی شکل‌گیری به این مولکول رازگونه را می‌دهد. این کشف اثباتی‌ست بر این که 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 درازنای میلیاردها سال، و رسیدن به ساختار شیمیایی پیچیده‌ی امروز تایید می‌کند.

هرولد یورک، مدیر مرکز علمی سوفیا می‌گوید: «این مولکول خود را در فضا پنهان کرده بود، ولی برای انجام رصدها در جای مناسب، نیاز به دستگاه مناسب داشتیم- و سوفیا به خوبی توانست از پس آن برآید.»

امروزه کیهان پر از ساختارهای بزرگ و پیچیده‌ای مانند سیاره‌، ستاره و کهکشان است. ولی بیش از ۱۳ میلیارد سال پیش، پس از مهبانگ، کیهان جایی داغ بود و تنها چیزی که در آن پیدا می‌شد چند گونه اتم بود، به طور 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 بوده.

با آغاز روند خنک شدن، اتم‌های هیدروژن توانستند با هیدرید هلیوم برهمکنش انجام داده و هیدروژن مولکولی را پدید بیاورند- مواکولی که نقش اصلی را در ساخت نخستین ستارگان داشت. ستارگان در ادامه همه‌ی عنصرهایی را ساختند که کیهانِ سرشار از مواد شیمیاییِ امروز را آفریده‌اند. ولی 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 نویسنده‌ی اصلی این پژوهش می‌گوید: «نبودِ شواهدی که تنها وجود هیدرید هلیوم را در فضای میان‌ستاره‌ای نشان دهد رازی چند دهه‌ای پیش روی اخترشناسان بود.»

هیدرید هلیوم مولکول بدقلقی‌ست. هلیوم خودش یک گاز نجیب است که همین، ترکیب شدنش با هر گونه 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 دهه‌ی ۱۹۷۰، دانشمندانی که سحابی سیاره‌ای 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، ولی 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.

در سال ۲۰۱۶ دانشمندان برای کمک دست به دامن سوفیا دند. سوفیا که تا فرازای 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 پروژه‌ی 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 تازه‌ که در یکی از دستگاه‌های سوفیا به نام "گیرنده‌ی آلمانی در بسامدهای تراهرتز" (گریت، GREAT) انجام شد، کانال ویژه‌ی هیدرید هلیوم را که تلسکوپ‌های پیشین نداشتند به آن داد.

این دستگاه مانند یک گیرنده‌ی رادیویی کار می‌کند. دانشمندان آن را روی بسامد مولکولی که در جستجویش هستند تنظیم می‌کنند، همان گونه 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: «این که آنجا بودیم و برای نخستین بار [سیگنالِ] هیدرید هلیوم را در داده‌ها مشاهده کردیم بسیار هیجان‌انگیز بود. این پایانی خوش برای جستجویی درازمدت بود و تردیدها درباره‌ی شناخت ما از شیمی بنیادین کیهان آغازین را زدود.»

یافته‌های این پژوهش در شماره‌ی این هفته‌ی نشریه‌ی نیچر منتشر شده.

*****************
* برخی این سحابی را "سحابی بالش" خوانده‌اند-م

--------------------------------------------

تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه‌نامه:

molecule - galaxy - NASA - Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy - SOFIA - Earth - HeH+ - atom - big bang - helium - hydrogen - helium hydride - planetary nebula - Sun-like star - constellation Cygnus - NGC 7027 - Nature - Harold Yorke - SOFIA Science Center - California - Silicon Valley - planet - star - element - Rolf Guesten - Max Planck Institute for Radio Astronomy - Bonn - Germany - noble gas - electron - ion - Earth - Naseem Rangwal - German Receiver at Terahertz Frequencies - GREAT - FM radio

منبع: nasa

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان