Een paar honderdduizend jaar na de oerknal koelde de hete, jonge soep van ons universum voldoende af om de kleinste bouwstenen van het leven voor het eerst te combineren tot atomen. Een zwoele dag van 6.700 graden Fahrenheit (3.700 graden Celsius), een heliumatoom dat op een enkel proton sloeg - eigenlijk een positief geladen waterstofion - en het allereerste molecuul van het universum werd gevormd: heliumhydride of HeH +.
Wetenschappers hebben bijna een eeuw lang laboratorium-gemaakte versies van dit oermolecuul bestudeerd, maar ze hebben er tot nu toe nooit sporen van gevonden in ons moderne universum. In een nieuwe studie die vandaag (17 april) in het tijdschrift Nature is gepubliceerd, rapporteren astronomen over hun gebruik van een telescoop in de lucht om HeH + smeulend in de gaswolk rond een stervende ster op zo'n 3000 lichtjaar afstand te detecteren.
Volgens de onderzoekers toont deze ontdekking, die meer dan 13 miljard jaar in de maak is, overtuigend aan dat HeH + van nature wordt gevormd onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met die in het vroege universum.
"Hoewel HeH + tegenwoordig op aarde van beperkt belang is, begon de chemie van het universum met dit ion", schreef het team in de nieuwe studie. 'De eenduidige detectie die hier wordt gerapporteerd, brengt eindelijk een decennia-lange zoektocht tot een goed einde.'
Het eerste molecuul in het universum
HeH + is het sterkste bekende zuur op aarde en werd voor het eerst gesynthetiseerd in een laboratorium in 1925. Omdat het is gemaakt van waterstof en helium - de twee meest voorkomende elementen in het universum en de eerste die uit de kernreactor van de oerknal komen 13,8 miljard jaren geleden - wetenschappers hebben lang voorspeld dat het molecuul het allereerste was dat zich vormde toen het koeluniversum protonen, neutronen en elektronen naast elkaar liet bestaan in atomen.
Wetenschappers kunnen het universum niet terugspoelen om op jacht te gaan naar dit nieuwe molecuul waar het is geboren, maar ze kunnen het zoeken in delen van het moderne universum die die superhete, superstrakke omstandigheden het best repliceren - in de jonge nevels van gas en plasma die uit elkaar spatten van stervende sterren.
Deze zogenaamde planetaire nevels ontstaan wanneer zonachtige sterren het einde van hun leven bereiken, hun buitenste schil wegblazen en verschrompelen tot witte dwergen om langzaam af te koelen tot kristallen bollen. Terwijl die stervende sterren afkoelen, stralen ze nog steeds voldoende warmte uit om nabijgelegen waterstofatomen van hun elektronen te strippen, waardoor de atomen veranderen in de kale protonen die nodig zijn om HeH + te vormen.
Het detecteren van HeH + zelfs in de planetaire nevels die het dichtst bij de aarde zijn, is lastig, omdat het gloeit op een infraroodgolflengte die gemakkelijk wordt verduisterd door de atmosfeer van onze eigen planeet. In de nieuwe studie omzeilden onderzoekers die atmosferische waas met behulp van een hightech telescoop gemonteerd op een bewegend vliegtuig genaamd SOFIA (het Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy).
Tijdens drie vluchten in 2016 heeft het team de telescoop van SOFIA getraind op een planetaire nevel genaamd NGC 7027, ongeveer 3.000 lichtjaar van de aarde verwijderd. De centrale ster van de nevel is een van de heetste sterren aan de hemel, schreven de onderzoekers, en naar schatting heeft hij zijn buitenste omhulsel pas ongeveer 600 jaar geleden afgeworpen. Omdat de omringende nevel zo heet, jong en compact is, is het een ideale plek om op HeH + -golflengten te jagen. Dat is volgens de onderzoekers precies waar SOFIA ze heeft gevonden.
"De ontdekking van HeH + is een dramatische en mooie demonstratie van de neiging van de natuur om moleculen te vormen", aldus co-auteur David Neufeld, een professor aan de Johns Hopkins University in Baltimore, in een verklaring. "Ondanks de niet-veelbelovende ingrediënten die beschikbaar zijn, vormt zich een mengsel van waterstof met het niet-reactieve edelgas helium en een ruwe omgeving bij duizenden graden Celsius, een kwetsbaar molecuul."
