В самом начале существования Вселенной — спустя сотни тысяч лет после Большого взрыва, но задолго до появления звёзд — уже начинались первые химические процессы. И теперь учёным удалось впервые воспроизвести одну из них в лабораторных условиях, воссоздав то, что происходило в эпоху "тёмных веков", когда не было ни света, ни сложных атомов.
Когда всё только начиналось
После Большого взрыва материя отделилась от излучения, но Вселенная всё ещё оставалась плазмой из ионизированных ядер водорода и гелия. Лишь спустя примерно 380 тысяч лет электроны начали соединяться с ядрами, образуя нейтральные атомы. Это событие ознаменовало начало тёмных веков — периода, пока не появились первые звёзды.
Тем не менее даже в это «тёмное» время начались химические превращения. Одним из ключевых участников этих реакций стала первая молекула во Вселенной — ион гидрида гелия (HeH⁺). Именно с ним и связана, как считают учёные, первая химическая реакция в истории космоса.
Повторение реакции в земных условиях
Исследователи из Института ядерной физики Макса Планка (MPIK) в Гейдельберге сумели впервые воспроизвести эту древнюю реакцию. Они наблюдали взаимодействие ионов HeH⁺ с дейтерием — тяжёлым изотопом водорода. В результате реакции образовывался ион HD⁺ и нейтральный атом гелия.
Эксперимент проводился в уникальной установке — криогенном накопительном кольце (CSR), диаметром 35 метров, способном поддерживать ультрахолодные условия в несколько кельвинов (около –267 °C), имитируя параметры ранней Вселенной.
Учёные хранили HeH⁺ в этом кольце в течение 60 секунд, направляя на него пучок нейтральных атомов дейтерия. Изменяя относительную скорость столкновений, исследователи проследили, как зависит вероятность реакции от температуры, моделируя поведение частиц при различных условиях, существовавших миллиарды лет назад.
Почему это важно?
Реакция с участием HeH⁺ и дейтерия — одна из самых ранних молекулярных реакций, способствовавшая формированию первого молекулярного водорода. А водород, в свою очередь, стал строительным материалом для звёзд, разожжённых спустя десятки миллионов лет.
Это открытие не только подтверждает теоретические представления о химической эволюции ранней Вселенной, но и демонстрирует возможности современных лабораторий воссоздавать условия, существовавшие в первые мгновения космоса.