大爆炸后幾十萬(wàn)年，宇宙中熾熱的“湯”冷卻到足以讓生命等等最小組成部分第一次結(jié)合成原子。溫度高達(dá)6700華氏度(3700攝氏度)的氦原子聚集在一個(gè)質(zhì)子上（實(shí)際上是一個(gè)帶正電的氫離子）宇宙中第一個(gè)分子就形成了：氦合氫離子（HeH+）?？茖W(xué)家們研究這種原始分子的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)將近一個(gè)世紀(jì)了，但是直到現(xiàn)在，還沒有在現(xiàn)代宇宙中發(fā)現(xiàn)它的蹤跡。在2019年4月17日發(fā)表在《自然》上的一項(xiàng)新研究中

博科園：天文學(xué)家報(bào)告了他們使用一架機(jī)載望遠(yuǎn)鏡在3000光年外一顆瀕死恒星周圍氣團(tuán)中探測(cè)到氦合氫離子（HeH+）正在悶燒。這一發(fā)現(xiàn)最終表明，氦合氫離子（HeH+）是在類似于早期宇宙的條件下自然形成。研究小組在新研究報(bào)告中寫道：盡管氦離子在當(dāng)今地球上的重要性有限，但宇宙的化學(xué)始于這種離子，這里報(bào)道的這一明確發(fā)現(xiàn)，使數(shù)十年的搜索終于有了一個(gè)圓滿結(jié)局。

宇宙中的第一個(gè)分子

氦合氫離子（HeH+）是地球上已知最強(qiáng)的酸，1925年在實(shí)驗(yàn)室中首次合成。因?yàn)樗怯蓺浜秃?gòu)成，氫和氦是宇宙中最豐富的兩種元素，也是138億年前大爆炸后最先出現(xiàn)的元素?？茖W(xué)家們?cè)缇皖A(yù)測(cè)，當(dāng)冷卻的宇宙允許質(zhì)子、中子和電子在原子中存在時(shí)，這種分子是第一個(gè)形成的。科學(xué)家們不能讓宇宙倒轉(zhuǎn)到它誕生的地方去尋找這個(gè)新生分子，但是可以在現(xiàn)代宇宙中最能復(fù)制那些超熱、超密度條件的地方去尋找它——在那些從垂死恒星中爆炸出來(lái)的由氣體和等離子體組成的年輕星云中。這些所謂的行星狀星云是在類日恒星生命結(jié)束時(shí)形成，它們會(huì)爆炸掉外殼，收縮成白矮星，慢慢冷卻成水晶球。

• 天文學(xué)家們剛剛發(fā)現(xiàn)了氦氫化物存在的證據(jù)，氦氫化物是宇宙中第一個(gè)形成的分子，它圍繞著一個(gè)像這樣的遙遠(yuǎn)行星狀星云旋轉(zhuǎn)，這張紫外線圖像是行星狀星云NGC 7293，也被稱為螺旋星云。圖片：NASA/JPL-Caltech/SSC

當(dāng)這些垂死的恒星冷卻下來(lái)時(shí)，它們?nèi)匀粫?huì)釋放出足夠的熱量，將附近的氫原子的電子剝離，將這些原子變成形成氫離子所必需的裸質(zhì)子。即使是在離地球最近的行星狀星云中探測(cè)到HeH+也是一件棘手事情，因?yàn)樗l(fā)出的紅外線波長(zhǎng)很容易被地球大氣層所掩蓋。在這項(xiàng)新研究中，研究人員通過(guò)安裝在一架名為索菲亞(SOFIA)移動(dòng)飛機(jī)上的高科技望遠(yuǎn)鏡(平流層紅外天文觀測(cè)站)繞過(guò)了這片大氣陰霾。在三次飛行中，該團(tuán)隊(duì)將索菲亞的望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)了距離地球約3000光年的行星狀星云NGC 7027。這顆星云的中心恒星是已知天空中最熱的恒星之一，據(jù)估計(jì)，它在大約600年前才褪去外層外殼。

• 研究人員在行星狀星云NGC 7027中探測(cè)到HeH+分子發(fā)出紅外線，NGC 7027是一個(gè)距離地球約3000光年的熾熱致密星云。圖片：NIESYTO design, William B. Latter and Rolf Güsten and NASA/ESA

因?yàn)橹車男窃剖侨绱酥藷?、年輕和緊湊，所以它是一個(gè)尋找氫離子波長(zhǎng)的理想地點(diǎn)。據(jù)研究人員稱，這正是索菲亞發(fā)現(xiàn)它們的地方。探測(cè)到一顆瀕死恒星周圍的氦合氫離子（HeH+）紅外特征，標(biāo)志著它在現(xiàn)代宇宙中存在的第一個(gè)“確鑿證據(jù)”，并證實(shí)了之前有關(guān)這種稀有分子最早形成的理論。研究報(bào)告的撰寫者之一、巴爾摩約翰霍普金斯大學(xué)的大衛(wèi)紐菲爾德教授在一份聲明中說(shuō)：氦合氫離子（HeH+）發(fā)現(xiàn)是大自然形成分子趨勢(shì)生動(dòng)而美麗的證明。盡管現(xiàn)有的成分前景渺茫，氫和惰性惰性氣體氦的混合物，以及數(shù)千攝氏度的惡劣環(huán)境，一個(gè)脆弱的分子形成了。

博科園-科學(xué)科普｜文: Brandon Specktor/Live Science

參考期刊文獻(xiàn):《自然》

DOI: 10.1038/s41586-019-1090-x

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