Wetenschappers bouwen het eerste molecuul van het heelal na
De bevindingen kunnen helpen om het mysterie van het ontstaan van de eerste sterren op te lossen.
Enkele seconden na de oerknal ontstonden in het pasgeboren heelal de eerste elementen: geïoniseerde vormen van waterstof en helium. Deze deeltjes combineerden zich en vormden heliumhydride, het allereerste molecuul. Het zou nog enkele honderden miljoenen jaren duren voordat de eerste sterren ontstonden, en wetenschappers hebben lang gepuzzeld over de precieze aard van de chemische processen die tot hun vorming hebben geleid.
Om het ontstaan van sterren te ontrafelen, hebben wetenschappers van het Max Planck Instituut voor Kernfysica in Heidelberg, Duitsland, heliumhydride in het laboratorium nagebootst. Ze ontdekten dat het waarschijnlijk een veel grotere rol speelde bij het ontstaan van sterren dan ze eerder hadden gedacht, door oeroude gaswolken te helpen voldoende warmte af te geven om in sterren in te storten.
In het onderzoek hebben de onderzoekers botsingen tussen heliumhydride en deuterium nagebootst in wat volgens hen een uniek experiment is, aldus een persbericht. Hun bevindingen, die op 24 juli in Astronomy & Astrophysics zijn gepubliceerd, geven aan dat de reactiesnelheid constant blijft als de temperatuur daalt, wat in tegenspraak is met eerder onderzoek.
“eerdere theorieën voorspelden een aanzienlijke afname van de reactiekans bij lage temperaturen, maar we konden dit niet verifiëren in het experiment of in nieuwe theoretische berekeningen van onze collega’s”, aldus Holger Kreckel, onderzoeker bij het Max Planck instituut en hoofdauteur van het onderzoek, in een verklaring.
“De reacties van heliumhydride met neutraal waterstof en deuterium lijken daarom veel belangrijker te zijn geweest voor de chemie in het vroege heelal dan eerder werd aangenomen”, voegde hij eraan toe.
Twee heliumhydride-reacties produceren moleculair waterstof en hebben waarschijnlijk bijgedragen aan de vorming van sterren in het vroege heelal. In de eerste reactie – die in het onderzoek werd nagebootst – botst een deuterium, een isotoop van waterstof die naast een proton ook een neutron bevat, met heliumhydride, waardoor waterstofdeuteride ontstaat, een vorm van moleculaire waterstof die bestaat uit een waterstofatoom en een deuteriumatoom. De andere reactie vindt plaats waanneer heliumhydride botst met een neutraal waterstofatoom, waardoor neutrale moleculaire waterstof ontstaat. Beide vormen van moleculaire waterstof fungeren als koelmiddelen en helpen nevels warmte af te geven, te condenseren en uiteindelijk in sterren in te storten.
De onderzoekers gebruikten de Cryogenic Storage Ring van het Max Planck Instituut om hun experiment uit te voeren. In deze reactiekamer met lage temperaturen kunnen wetenschappers moleculen en atomaire reacties in ruimteachtige omstandigheden bestuderen. Het team sloeg heliumhydride-ionen maximaal een minuut op in de kamer bij een temperatuur van ongeveer -267 °C en bestookte ze vervolgens met een bundel neutrale deuteriumionen. Om te observeren hoe de botsingssnelheid varieert met de botsingsenergie – die rechtstreeks verband houdt met de temperatuur – pasten ze de relatieve snelheden van de twee deeltjes bundels aan.
Wetenschappers dachten eerder dat de reactiesnelheid zou afnemen naarmate de temperatuur daalde, maar de resultaten van dit experiment suggereren iets anders. De onderzoekers ontdekten dat de snelheid vrijwel constant bleef ondanks de dalende temperaturen. Dit verrassende resultaat suggereert dat heliumhydride zelfs in koude omstandigheden chemisch actief blijft, een bevinding die volgens de wetenschappers in hun artikel aanleiding zou moeten geven tot een herevaluatie van de heliumchemie in het vroege heelal.
Artikel: Experimental confirmation of barrierless reactions between HeH+ and deuterium atoms suggests a lower abundance of the first molecules at very high redshifts, F. Grussie, J. Sahoo, Y. Scribano, D. Bossion, L. Berger, M. Grieser, L. W. Isberner, Á. Kálosi, O. Novotný, D. Paul, A. Znotins, X. Urbain and H. Kreckel,
A&A, Volume 699, L12 (July 2025).
Eerste publicatie: 5 augustus 2025
Bron: diverse bronnen
