實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)了宇宙最早的化學(xué)反應(yīng)

之后的第一次化學(xué)反應(yīng)大爆炸首次在與嬰兒宇宙類似的條件下被重新創(chuàng)造。

由德國(guó)馬克斯·普朗克核物理研究所 （MPIK） 的弗洛里安·格魯西 （Florian Grussie） 領(lǐng)導(dǎo)的物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)再現(xiàn)了氫化氦離子 （HeH⁺），一種由中性氦原子與電離氫原子融合而成的分子。

這些是導(dǎo)致分子氫（H₂);宇宙中最豐富的分子，也是恒星誕生的物質(zhì)。因此，這項(xiàng)新工作闡明了產(chǎn)生我們今天所知的宇宙的一些最早過(guò)程。

相關(guān)：宇宙中第一個(gè)分子鍵終于在太空中被探測(cè)到

大約 138 億年前，宇宙誕生的陣痛產(chǎn)生了一團(tuán)熱而濃密的基本粒子湯，這些粒子在太高的溫度下沸騰，原子無(wú)法形成。

大約花了38萬(wàn)年使原子核和電子失去足夠的能量來(lái)凝結(jié)成最初的元素。這些元素是元素周期表所能提供的最輕的;大約 75% 的氫氣、25% 的氦氣和微量的鋰。

如今，氫氣繼續(xù)在宇宙的成分列表中占據(jù)主導(dǎo)地位，作為分子氣體云，通過(guò)聚變或劇烈爆炸，誕生了恒星熔爐，較重的元素從中誕生。

然而，如果沒有 HeH，這一切都不可能發(fā)生⁺– 科學(xué)家認(rèn)為，這種分子在充分冷卻宇宙方面發(fā)揮了巨大作用，使分子云能夠收縮到足以達(dá)到在自身引力下坍縮形成嬰兒恒星種子所需的密度。

那是因?yàn)楹呛?sup>+其正電荷和負(fù)電荷之間的間隔相對(duì)較大。在電場(chǎng)存在的情況下，具有大電荷分離的分子會(huì)經(jīng)歷能量轉(zhuǎn)移幫助散熱，這意味著 HeH⁺理論上在為第一批恒星的形成鋪平道路方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

研究人員在馬克斯·普朗克研究所的低溫儲(chǔ)存環(huán)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，該設(shè)施旨在在溫度僅高于幾度的真空環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)絕對(duì)零度，大約 -267 攝氏度（-449 華氏度），模仿深空的條件。

在那里，他們仔細(xì)研究了 HeH 之間的相互作用⁺以及一個(gè)氫原子，其原子核中有一個(gè)額外的中子，稱為氘。HeH 之間的相互作用⁺氘產(chǎn)生一個(gè)中性氦原子和一個(gè)由一個(gè)中性氫原子和一個(gè)帶電氘原子組成的分子（HD⁺），能量水平低于原始組件。

在存儲(chǔ)環(huán)內(nèi)，研究人員發(fā)射了兩束粒子;一個(gè)與 HeH⁺分子，另一個(gè)與中性氘。他們改變了兩束光束的速度，以改變粒子碰撞的能量，作為溫度的代表，看看溫度是否在反應(yīng)速率中發(fā)揮作用。

事實(shí)并非如此。無(wú)論代理溫度如何，反應(yīng)發(fā)生的速率都保持穩(wěn)定——表明 HeH 的作用⁺在早期宇宙中發(fā)揮的作用并沒有隨著冷卻的展開而下降，它在第一代恒星形成中的作用是重要的。

“以前的理論預(yù)測(cè)反應(yīng)概率在低溫下會(huì)顯著降低，但我們無(wú)法在實(shí)驗(yàn)或同事的新理論計(jì)算中驗(yàn)證這一點(diǎn)，”MPIK 的物理學(xué)家 Holger Kreckel 解釋道.

“HeH 的反應(yīng)⁺因此，中性氫和氘對(duì)于早期宇宙的化學(xué)似乎比之前假設(shè)的要重要得多。

該研究已發(fā)表在天文學(xué)與天體物理學(xué).

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