우주에서 가능했던 첫 번째 분자는 우주에서 보여졌다

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우리와 같은 별, 은하, 행성 및 생명체와 같은 것들을 위해 풍부하고 다양한 복잡한 분자 집합이 필요합니다. 그러나 인간과 우리가 만든 모든 복잡한 분자가 존재하기 전에, 오늘날 주변에서 볼 수있는 모든 것을 이끌어내는 긴 화학 사건을 시작한 최초의 원시 분자가 있어야했습니다.

오래 전부터 존재하는 것으로 이론화되어 왔지만, 그 분자에 대한 관측 증거의 부족은 과학자들에게 문제가되었습니다. 이제 그들은 그것을 발견했고 그 과학자들은 쉬게되었습니다. 그들의 예측 이론이 이깁니다!

우주의 초기에는 두세 가지 유형의 원자 만있었습니다. 수소, 헬륨 및 소량의 리튬이 Big Bang Nucleosynthesis에 의해 생성되었습니다. 다른 모든 요소는 나중에 별 모양으로 만들어졌습니다. 별은 대부분 수소이지만, 빅뱅에서 생성 된 단순한 수소 원자는 별을 형성 할 수 없습니다. 그것들은 소위 분자 수소에서 형성됩니다. 그리고 분자 수소는 헬륨과 수소 헬륨 수 소화물의 조합 인 소위 "제 1 분자"없이는 형성 될 수 없었습니다. 이론은 빅뱅 이후 약 10 만년 후에 헬륨 수 소화물이 생성되었다고한다.

"데이터에서 처음으로 헬륨 수 소화물을 볼 수있어 매우 흥미로 웠습니다."

Rolf Guesten, Max Planck Institute for Radio Astronomy, 수석 저자.

빅뱅 이후 약 10 만 년 전 초기 우주의 스냅 샷을 찍을 수 있습니다. 그것은 매우 뜨거웠으며 수소, 헬륨 및 작은 리튬만으로 채워졌습니다. 우주의 원자 집단이 다각화되기 전에 별들이 형성되어야했다. 그것이 식기 시작하면, 별들이 형성되기에 조건이 익기 시작했다.

그러나 다른 일도 일어나야했습니다. 우주의 냉각은 별을 형성하기에 충분하지 않았습니다. 분자 수소는 별이 빅뱅 (Big Bang)에 의해 생성 된 단순한 원자 수소가 아닌 분자 수소로 만들어지기 때문에 만들어 져야했다. (과학자들은 단순한 수소라고 부르지 않고 단지 수소 원자라고 부릅니다.)

우주에서 수소의 대부분은 분자 수소입니다.
그러나 오늘날 우주에서는 하나의 수소 원자가 드물다. 왜냐하면 자유 라디칼이고 실제로 반응하기 때문이다. 분자 수소는 2 개의 수소 원자가 함께 결합 된 분자이다. 두 개의 양성자와 두 개의 전자로 구성되며 매우 안정적입니다. 우주에는 분자 수소의 거대한 구름이 있고 그 구름의 별들이 있습니다.

초기 우주의 문제는 일이 식어도 분자 수소가 스스로 형성 될 수 없다는 것이 었습니다. 이론에 따르면, 간단한 수소는 특정 분자가 형성되기 전에 특정 분자와 상호 작용할 필요가 있었고 그 분자는 헬륨 수 소화물이었습니다. 이 상호 작용은 우주 화학의 첫 단계였습니다.

"성간 공간에 헬륨 수 소화물이 존재한다는 증거의 부족은 수십 년 동안 천문학의 딜레마였다."

Rolf Guesten, Max Planck Institute for Radio Astronomy, 수석 저자

이론에 따르면 헬륨 수 소화물이 존재해야한다고 말했지만 1925 년 실험실에서 만들어졌지만 우주에서는 결코 볼 수 없었습니다. 구성 원소 중 하나는 희가스 인 헬륨이기 때문에 매우 피클 분자입니다. 그리고 희귀 가스는 다른 원자와 반응하는 것을 매우 꺼려합니다.

그러나 지금 그들은 그것을 찾았습니다.

4 월 17 일 Nature 지에 게재 된 논문에서, 연구원들은 어떻게 그들이 헬륨 수 소화물을 찾기 어려운지를 발견했습니다
NGC 7027이라는 행성상 성운. NASA의 SOFIA를 사용했습니다.
적외선 천문학을위한 성층권 관측소. SOFIA는 관측 된 보잉 747SP로 대기 간섭보다 높은 고도에서 비행하여 관측합니다.

1970 년대 이래로 과학자들은 NGC 7027이 헬륨 수 소화물이 존재하는 데 필요한 조건을 가지고 있다고 생각했습니다. 그들은 SOFIA와 독일 GREAT 기기 (Terahertz Frequencies의 독일 수신기)를 사용하여 NGC 7027을 조사하여 찾기 어려운 분자를 검색했습니다.

이 논문의 수석 저자는 독일 본에있는 Max Planck Institute for Radio Astronomy의 Rolf Guesten입니다. "성간 공간에 헬륨 수 소화물이 존재한다는 증거가 부족한 것은 수십 년 동안 천문학의 딜레마였다"고 Guesten은 말했다.

연구자들이 발견 한 행성상 성운은 헬륨 수 소화물이 형성되기에 적합한 조건을 가지고 있습니다. 노화 된 별은 분자가 형성되도록 올바른 열과 자외선을 방출합니다. 그러나 그 성운 내부를 보는 것은 매우 어려운 것으로 판명되었습니다. SOFIA와 GREAT를 입력하십시오.

SOFIA는 지상 망원경과 우주 망원경 사이의 하이브리드와 같습니다. 45,000 피트의 유리한 지점에서 우주 망원경처럼 지구의 대부분의 대기 간섭이 없습니다. 그러나 더 유연합니다. 그것은 임무 사이에 착륙하고 지상 기반 망원경처럼 장비를 변경하거나 조정할 수 있습니다.

이 경우 2011 년 독일 GREAT 기기가 SOFIA에 통합되었습니다.이 연구에서 중요한 역할을하는 것으로 입증되었습니다.

SOFIA 부 프로젝트 과학자 인 Naseem Rangwala는“우리는 계측기를 교체하고 최신 기술을 설치할 수 있습니다. "이러한 유연성 덕분에 우리는 관측을 개선하고 과학자들이 대답하고자하는 가장 시급한 질문에 답변 할 수 있습니다."

2016 년에 과학자들은 어려운 헬륨 수 소화물에 대해 NGC 7027을 조사하기 위해 SOFIA와 GREAT를 사용하기 시작했습니다. 각 분자는 자체 주파수에서 빛과 상호 작용하고 GREAT는 특정 스테이션에 라디오를 튜닝하는 것과 유사하게 헬륨 수 소화물의 주파수로 조정되었습니다. 그리고 그들은 마침내 운이 좋았습니다.

“데이터에서 처음으로 헬륨 수 소화물을 볼 수있어 매우 흥미로 웠습니다. 이것은 행복한 결말을 오랫동안 찾게되며 초기 우주의 기본 화학에 대한 우리의 이해에 대한 의심을 제거합니다.

Rolf Guesten, Max Planck Institute for Radio Astronomy, 수석 저자

Guesten은 "데이터에서 처음으로 헬륨 수 소화물을 볼 수있어 매우 흥미로웠다"고 말했다. "이것은 행복한 결말에 대한 긴 탐색을 가져오고 초기 우주의 기초 화학에 대한 우리의 이해에 대한 의심을 제거합니다."

그래서 이것은 천문학의 가장 긴 질문 중 하나에 대한 행복한 결말입니다. 헬륨 수 소화물을 찾는 것에 대한 성공적인 결론은 우주의 진화를 자세히 묘사 한 우리의 이론에 대한 훌륭한 승리입니다.

과학자와 친구라면 맥주를 사서 열심히 일해 주셔서 감사합니다!