Illustrazione della nebulosa planetaria NGC 7027 e delle molecole di idruro di elio. In questa nebulosa planetaria, SOFIA ha rilevato l'idruro di elio, una combinazione di elio (rosso) e idrogeno (blu), che è stato il primo tipo di molecola a formarsi nell'universo primordiale. Questa è la prima volta che l'idruro di elio è stato trovato nell'universo moderno. Credito:NASA/SOFIA/L. Proudfit/D.Rutter
All'inizio, più di 13 miliardi di anni fa, l'Universo era una zuppa indifferenziata di tre semplici, elementi a singolo atomo.
Le stelle non si formerebbero per altri 100 milioni di anni.
Ma entro 100, 000 anni del Big Bang, emerse la primissima molecola, un improbabile matrimonio di elio e idrogeno noto come ione idruro di elio, o HeH + .
"Fu l'inizio della chimica, " ha detto David Neufeld, un professore della John's Hopkins University e coautore di uno studio pubblicato mercoledì che descrive in dettaglio come, dopo una ricerca pluridecennale, gli scienziati hanno finalmente rilevato la sfuggente molecola nello spazio.
"La formazione di HeH + è stato il primo passo di un percorso di crescente complessità nell'Universo, "Un cambiamento così importante come quello dalla vita unicellulare a quella multicellulare sulla Terra, ha detto all'Afp.
I modelli teorici avevano da tempo convinto gli astrofisici che HeH + è venuto prima, seguito, in un ordine preciso, da una sfilata di altre molecole sempre più complesse e pesanti.
HeH + era stato studiato anche in laboratorio, già nel 1925.
Ma ha rilevato HeH + nel suo habitat naturale era rimasto al di fuori della loro portata.
"La mancanza di prove definitive della sua stessa esistenza nello spazio interstellare è stata per lungo tempo un dilemma per l'astronomia, " ha detto l'autore principale Rolf Gusten, uno scienziato presso l'Istituto Max Planck per la radioastronomia di Bonn.
Spettro di HeH+ osservato con GREAT a bordo di SOFIA verso la nebulosa planetaria NGC 7027. Nell'immagine sottostante dalla camera Hubble/NICMOS, la zona di transizione netta tra la regione HII ionizzata (bianco-giallo) e l'involucro freddo (colore rosso) è ben visibile. È in questo fronte di ionizzazione che si forma HeH+ (segnato da un concetto artistico della struttura molecolare). L'area del cielo coperta dallo strumento GREAT con una dimensione di 14,3 arcsec include la maggior parte dell'emissione della nebulosa. La larghezza della linea spettrale del profilo HeH+ è determinata dal movimento dell'inviluppo in espansione. Crediti:Composizione:NIESYTO design; Immagine NGC 7027:William B. Latter (SIRTF Science Center/Caltech) e NASA/ESA; Spettro:Rolf Güsten/MPIfR ( Natura , 18 aprile 2019)
I ricercatori sapevano dove cercare.
Già negli anni '70, modelli suggerivano che HeH + dovrebbe esistere in quantità significative nei gas incandescenti espulsi dalle stelle morenti simili al Sole, che ha creato condizioni simili a quelle che si trovano nell'Universo primordiale.
Una molecola fragile
Il problema era che le onde elettromagnetiche emesse dalla molecola erano in un intervallo - lontano infrarosso - cancellato dall'atmosfera terrestre, e quindi non rilevabile da terra.
Così la NASA e il Centro aerospaziale tedesco hanno unito le forze per creare un osservatorio aereo con tre componenti principali:un enorme telescopio di 2,7 metri, uno spettrometro a infrarossi, e un Boeing 747, con un quadrato simile a una finestra tagliato dalla fusoliera, abbastanza grande da trasportarli.
Da un'altitudine di crociera di quasi 14, 000 metri (45, 000 piedi), l'Osservatorio stratosferico per l'astronomia all'infrarosso, o SOFIA, evitato l'85 per cento del "rumore" atmosferico dei telescopi terrestri.
I dati di una serie di tre voli nel maggio 2016 contenevano le prove molecolari che gli scienziati avevano cercato a lungo, interlacciato nella nebulosa planetaria NGC 7027 circa 3, 000 anni luce di distanza.
"La scoperta di HeH + è una dimostrazione drammatica e bella della tendenza della Natura a formare molecole, ", ha detto Neufeld.
In questo caso, lo ha fatto nonostante circostanze infauste.
Anche se le temperature nel giovane Universo sono scese rapidamente dopo il Big Bang, erano ancora nel quartiere di 4, 000 gradi Celsius, un ambiente ostile per il legame molecolare.
Inoltre, l'elio, un gas "nobile", "ha una propensione molto bassa per le molecole di forma, "Spiega Neufeld.
La sua unione con l'idrogeno ionizzato era fragile, e non durò a lungo, sostituiti da legami molecolari progressivamente più robusti e complessi.
Elementi più pesanti come carbonio, ossigeno e azoto, e le molte molecole a cui hanno dato origine, si sono formati ancora più tardi dalle reazioni nucleari che alimentano le stelle.
© 2019 AFP
