大爆炸后幾十萬年，宇宙中熾熱的“湯”冷卻到足以讓生命等等最小組成部分第一次結(jié)合成原子。溫度高達6700華氏度(3700攝氏度)的氦原子聚集在一個質(zhì)子上（實際上是一個帶正電的氫離子）宇宙中第一個分子就形成了：氦合氫離子（HeH+）。科學家們研究這種原始分子的實驗室已經(jīng)將近一個世紀了，但是直到現(xiàn)在，還沒有在現(xiàn)代宇宙中發(fā)現(xiàn)它的蹤跡。在2019年4月17日發(fā)表在《自然》上的一項新研究中
博科園：天文學家報告了他們使用一架機載望遠鏡在3000光年外一顆瀕死恒星周圍氣團中探測到氦合氫離子（HeH+）正在悶燒。這一發(fā)現(xiàn)最終表明，氦合氫離子（HeH+）是在類似于早期宇宙的條件下自然形成。研究小組在新研究報告中寫道：盡管氦離子在當今地球上的重要性有限，但宇宙的化學始于這種離子，這里報道的這一明確發(fā)現(xiàn)，使數(shù)十年的搜索終于有了一個圓滿結(jié)局。
氦合氫離子（HeH+）是地球上已知最強的酸，1925年在實驗室中首次合成。因為它是由氫和氦構(gòu)成，氫和氦是宇宙中最豐富的兩種元素，也是138億年前大爆炸后最先出現(xiàn)的元素。科學家們早就預測，當冷卻的宇宙允許質(zhì)子、中子和電子在原子中存在時，這種分子是第一個形成的?？茖W家們不能讓宇宙倒轉(zhuǎn)到它誕生的地方去尋找這個新生分子，但是可以在現(xiàn)代宇宙中最能復制那些超熱、超密度條件的地方去尋找它——在那些從垂死恒星中爆炸出來的由氣體和等離子體組成的年輕星云中。這些所謂的行星狀星云是在類日恒星生命結(jié)束時形成，它們會爆炸掉外殼，收縮成白矮星，慢慢冷卻成水晶球。
天文學家們剛剛發(fā)現(xiàn)了氦氫化物存在的證據(jù)，氦氫化物是宇宙中第一個形成的分子，它圍繞著一個像這樣的遙遠行星狀星云旋轉(zhuǎn)，這張紫外線圖像是行星狀星云NGC 7293，也被稱為螺旋星云。圖片：NASA/JPL-Caltech/SSC
當這些垂死的恒星冷卻下來時，它們?nèi)匀粫尫懦鲎銐虻臒崃?，將附近的氫原子的電子剝離，將這些原子變成形成氫離子所必需的裸質(zhì)子。即使是在離地球最近的行星狀星云中探測到HeH+也是一件棘手事情，因為它發(fā)出的紅外線波長很容易被地球大氣層所掩蓋。在這項新研究中，研究人員通過安裝在一架名為索菲亞(SOFIA)移動飛機上的高科技望遠鏡(平流層紅外天文觀測站)繞過了這片大氣陰霾。在三次飛行中，該團隊將索菲亞的望遠鏡對準了距離地球約3000光年的行星狀星云NGC 7027。這顆星云的中心恒星是已知天空中最熱的恒星之一，據(jù)估計，它在大約600年前才褪去外層外殼。
研究人員在行星狀星云NGC 7027中探測到HeH+分子發(fā)出紅外線，NGC 7027是一個距離地球約3000光年的熾熱致密星云。圖片：NIESYTO design, William B. Latter and Rolf Güsten and NASA/ESA
因為周圍的星云是如此炙熱、年輕和緊湊，所以它是一個尋找氫離子波長的理想地點。據(jù)研究人員稱，這正是索菲亞發(fā)現(xiàn)它們的地方。探測到一顆瀕死恒星周圍的氦合氫離子（HeH+）紅外特征，標志著它在現(xiàn)代宇宙中存在的第一個“確鑿證據(jù)”，并證實了之前有關(guān)這種稀有分子最早形成的理論。研究報告的撰寫者之一、巴爾摩約翰霍普金斯大學的大衛(wèi)紐菲爾德教授在一份聲明中說：氦合氫離子（HeH+）發(fā)現(xiàn)是大自然形成分子趨勢生動而美麗的證明。盡管現(xiàn)有的成分前景渺茫，氫和惰性惰性氣體氦的混合物，以及數(shù)千攝氏度的惡劣環(huán)境，一個脆弱的分子形成了。
博科園-科學科普｜文: Brandon Specktor/Live Science
參考期刊文獻:《自然》
DOI: 10.1038/s41586-019-1090-x
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