دانشمندان مؤسسه فیزیک هسته‌ای ماکس پلانک موفق شدند مولکول ابتدایی HeH⁺ را در دمایی نزدیک به صفر مطلق بازسازی کنند؛ کشفی که به رمزگشایی از نقش مولکول‌های اولیه در سرد شدن کیهان و تولد نخستین ستارگان کمک می‌کند.

به گزارش خبرگزاری ایمنا و به نقل از پایگاه علمی Science Daily، پژوهشگران مؤسسه فیزیک هسته‌ای ماکس پلانک (MPIK) در هایدلبرگ موفق شده‌اند یکی از نخستین مولکول‌هایی را که پس از مه‌بانگ در کیهان شکل گرفت، در شرایطی مشابه با دوران اولیه جهان بازسازی و مطالعه کنند. این مولکول که به نام یون هلیوم‌هیدرید (HeH⁺) شناخته می‌شود، نخستین پیوند شیمیایی شناخته‌شده در تاریخ کیهانی محسوب می‌شود و نقش حیاتی در گذار کیهان از دوره‌ای داغ و متراکم به مرحله‌ای سردتر و ساختاریافته‌تر دارد.

یون HeH⁺ از ترکیب یک اتم خنثی هلیوم و یک پروتون تشکیل می‌شود. این ترکیب ساده، سنگ‌بنای آغاز فرایندهای پیچیده‌تر شیمیایی است که در نهایت به شکل‌گیری مولکول هیدروژن (H₂)( فراوان‌ترین و اساسی‌ترین مولکول در سراسر جهان ) انجامید. در دوره‌ای از تاریخ کیهان موسوم به «عصر تاریکی» که در آن هنوز هیچ نور ستاره‌ای در فضا ساطع نمی‌شد، مولکول‌هایی همچون HeH⁺ نقش کلیدی در کاهش دمای گازهای اولیه ایفا کردند. این کاهش دما شرایط را برای فروپاشی گرانشی ابرهای گازی و در نتیجه آغاز هم‌جوشی‌های هسته‌ای و تولد نخستین ستارگان فراهم ساخت.

پژوهشگران آلمانی با بهره‌گیری از سامانه پیشرفته ذخیره‌سازی برودتی به نام Cryogenic Storage Ring (CSR) توانستند واکنش میان یون HeH⁺ و دوتریوم (ایزوتوپ سنگین‌تر هیدروژن) را در دمایی بسیار پایین (نزدیک به صفر مطلق (حدود منفی ۲۶۷ درجه سانتی‌گراد)) شبیه‌سازی و مشاهده کنند. در نتیجه این واکنش، به جای شکل‌گیری H₂⁺، محصولاتی شامل یون HD⁺ (هیدروژن-دوتریوم) و یک اتم خنثی هلیوم به دست آمد.

یکی از یافته‌های شگفت‌انگیز این مطالعه آن است که برخلاف پیش‌بینی‌های گذشته، کاهش دمای محیط نه تنها مانع از وقوع این واکنش نشد، بلکه نرخ واکنش شیمیایی به‌نسبت ثابت باقی ماند. هولگر کرکل، از محققان اصلی پروژه، می‌گوید «پیش‌تر باور عمومی این بود که در دماهای پایین، سرعت واکنش به‌شدت کاهش پیدا می‌کند، اما داده‌های ما (چه از آزمایش و چه از مدل‌های نظری اصلاح‌شده) نشان داد که این پیش‌فرض‌ها نادرست بوده‌اند.»

تحلیل‌های نظری تازه توسط گروهی از فیزیک‌دانان نظری به سرپرستی یوهان اسکریبانو صورت گرفته و نشان داده است که مدل‌های قبلی دارای نقص‌هایی در برآورد نرخ واکنش در دماهای پایین بوده‌اند. با اصلاح این مدل‌ها و انجام محاسبات دقیق‌تر، اکنون توافق خوبی میان داده‌های تجربی و نظری حاصل شده است.

این پژوهش نه‌تنها در درک بهتر از نخستین مراحل تکامل شیمیایی جهان مؤثر است، بلکه می‌تواند پاسخ‌هایی برای یکی از پرسش‌های بنیادی کیهان‌شناسی فراهم کند: چگونه از دل یک جهان کاملاً تاریک، نخستین نور ستاره‌ای زاده شد؟ اکنون با شواهد تجربی جدید در دست، روشن است که مولکول‌هایی مانند HeH⁺ نقشی اساسی در سرد شدن گازهای کیهانی و آماده‌سازی بستر پیدایش ساختارهای بزرگ‌مقیاس ایفا کرده‌اند.

بازسازی این واکنش‌های آغازین در شرایط آزمایشگاهی گامی بی‌سابقه در مسیر شبیه‌سازی فیزیک کیهان اولیه و شناخت بهتر منشأ ماده در عالم است، یافته‌های این پژوهش، که در نشریه معتبر Nature نیز بازتاب یافته، می‌تواند در مسیر مدل‌سازی دقیق‌تر از تحول‌های کیهان اولیه، نقش قابل توجهی ایفا کند و به سؤالاتی بنیادین در حوزه کیهان‌زایی و پیدایش ساختارهای کیهانی پاسخ دهد.

کد خبر 891512