激动！全宇宙的第一个化学反应产物终于被科学家找到了!
2022-07-04 03:14:56
但真相挂着“第一”的名号，这个产品尤为首要，是以，天文学家们花了几十年的韶华，正在茫茫宇宙中孳孳不息地寻找着它的身影，直到迩来，他们究竟如愿以偿！
2019年4月17日，一个磋商小组正在《自然》（Nature）上颁发论文公告，他们熟行星状星云NGC 7027中探测到氦合氢离子（HeH+）[1]。这是人们第一次正在摩登宇宙中探测到这种离子，而它，便是名副本来的宇宙中第一个化学反映的产品。
行星状星云NGC 7027和HeH+的示图谋，此中红球代外氦，蓝球代外氢。来历：参考原料[2]
正在注释科学家究竟干了什么之前，咱们稍微花点韶华，回到宇宙的早期，来看看宇宙中第一个化学反映事实是如何回事儿。
可能是宇宙大爆炸后38万年的时分，资历高温致密状况后的宇宙，伴跟着膨胀初阶降温，此时温度仍旧消重到4000开尔文（K）以下。这时，正在大爆炸核合成时刻发作的轻元素（谁人时分只要氢、氦和极少的锂）的离子初阶从新纠合。氦离子（He2+和He+）起初与自正在电子纠合，酿成宇宙中最早的中性原子。氢元素的从新纠合也正在随后爆发。
固然化学教材告诉咱们，氦是惰性气体，正在今六合球上常温常压的条目下很难爆发化学反映。不过，正在宇宙早期阶段高温致密的境况里，境况却一律差别，中性氦原子会与质子纠合酿成氦合氢离子——这就爆发了宇宙中的第一个化学反映，产品中蕴涵了宇宙中最早的化学键。
HeH+的机闭示图谋，左侧为质子，右侧为氦原子，中央是化学键。图片来历：Wikimedia Commons
氦合氢离子随后会与氢原子爆发互相功用，酿成氢分子。氢分子是酿成最初的恒星的基本。恒星又像“元素工场”相似，缔制了构成今日宇宙的全豹元素。这些元素的古怪组合接着作育了性命，咱们才有机缘正在这里商酌这个题目。
纵然正在早期宇宙的演化进程中，氦合氢离子阐明着十分首要的功用，天文学家却永远没有正在星际空间中探测到它的存正在，是以也无法阐明化学出生进程中这至闭首要的第一步。
变成这一情景的情由是他们应用的太空千里镜没主张把氦合氢离子的信号从其他分子发出的杂沓信号中识别出来。
正如这篇论文的通信作家、德邦马克斯·普朗克射电天文磋商所的罗尔夫·居斯腾（Rolf Gusten）所说：“数十年来，正在星际空间中找不到这种离子存正在的证据将天文学置于跋前疐后的境界中。”[2]
早正在1925年，化学家仍旧正在实习室中合成了这种离子。不过直到20世纪70年代后期，天文学家才初阶商酌正在天体境况中存正在这种离子的或者性，并把行星状星云行为寻找这种离子的候选区域。
行星状星云是由相似于太阳的恒星正在演化末期延续向外扔射的物质组成。这种星云延续膨胀，结果扔出的气体和灰尘弥散于星际空间中，仅留下核心的高温恒星。天文学家以为，行星状星云的物理条目与早期宇宙好像，很有或者会发作这种离子，而且密度足以被探测到。
本来，天文学家正在一初阶就对准了此次发掘HeH+的行星状星云NGC 7027。这个星云间隔地球3000光年，位于天鹅座左近。不过当时的观测并没有获取确定的结果，随后的磋商固然暗指HeH+的存正在，也还是没有竣工直接探测。
SOFIA于2010年参加应用。飞机正在间隔地面14000米以上的高度翱翔，能够避免地球大气层的许众作对。并且比拟于太空千里镜，SOFIA的一个分明的上风是正在每次翱翔后，天文学家都能够实时对探测布置举办安排并装配最新的设置。
SOFIA科学中央主任哈罗德·约克（Harold York）这么评判SOFIA的功用：“氦合氢离子就潜伏正在那儿，不过咱们必要准确的设置正在准确的处所举办观测智力发掘它，而SOFIA能够完好地做到这一点。”[2]
此次助助天文学家发掘氦合氢离子的设置，便是正在迩来的一次设置升级中加装的德邦太赫兹频率吸收器（German Receiver at Terahertz Frequencies，GREAT）。这台仪器有点像咱们听播送应用的收音机，天文学家将它调频到祈望寻找的这种离子的发射频率上，就像咱们把收音机调台到念听的谁人频道上相似。
SOFIA正在夜晚举办观测的时分，飞机上的科学家能够及时从设置上读取数据。2016年5月，SOFIA正在3次翱翔中举办了观测。居斯腾携带的磋商小组对观测获取的数据举办了说明，氦合氢离子的信号就如此被最终发掘。
正在大爆炸外面的基本上，咱们酿成了对早期宇宙化学的领略，同时臆想出它若何经历上百亿年的韶华演化成这日宇宙中的杂乱的化学。第一个化学反映的映现无疑是此中一个要害的局限。
氦合氢离子的发掘撤销了咱们曾有的顾虑，使得咱们能够无间信赖已有的外面，而且指引咱们去发掘宇宙更深宗旨的机密。