A primeira molécula do universo que ajudou a formar as primeiras estrelas acaba de ser recriada

Aprenda sobre a primeira molécula do universo e sua importância no que diz respeito à formação das primeiras estrelas.

(Crédito da imagem: Jurik Peter/Shutterstock) Jurik Peter/Shutterstock 

É seguro dizer que nossa existência não seria possível sem moléculas. Além de toda a matéria da Terra, as moléculas moldaram o Universo até o que ele é hoje. Mas qual foi a primeira molécula a lançar as bases?

Tudo começou com um íon de hidreto de hélio (HeH+), que pesquisadores investigaram em um novo estudo publicado na Astronomy & Astrophysics . Essa molécula — uma combinação de hidrogênio ionizado e átomos de hélio neutros — foi provavelmente um catalisador para a criação das primeiras estrelas.

Agora, pesquisadores recriaram o tipo de reação que fez o hidrogênio molecular emergir do HeH+, obtendo insights sobre a química inicial que trouxe mudanças significativas ao universo.

A primeira molécula do universo

Quando o Universo nasceu do Big Bang, não havia estrelas, planetas ou galáxias a princípio. Mas ele não era exatamente vazio. Assim que as temperaturas absurdamente altas começaram a diminuir após o Big Bang, surgiram elementos leves (principalmente hidrogênio e pequenas quantidades de hélio).

Mas esses elementos permaneceram ionizados por 380.000 anos. Uma nuvem de elétrons livres, não ligados a nenhum átomo, também existiu durante esse período, tornando o Universo opaco. Eventualmente, porém, o universo esfriou o suficiente para que os átomos de hidrogênio e hélio ionizados atraíssem os elétrons, resultando nos primeiros átomos neutros.

Isso levou à primeira reação química da história, resultando em HeH+. Somente centenas de milhões de anos depois é que as estrelas começaram a se formar, um processo no qual HeH+ e hidrogênio molecular (H2) desempenharam um papel crucial. O íon HeH+, em particular, é um refrigerante eficaz. Como a formação estelar precisa começar com aglomerados de gás e poeira muito frios, isso torna o HeH+ um ingrediente perfeito.

Durante esse processo, colisões com átomos de hidrogênio livres fazem com que o HeH+ se degrade em um íon hélio neutro e um íon H2+. Esses produtos então reagem com outro átomo de hidrogênio para formar hidrogênio molecular.

Recriando as primeiras reações químicas

No novo estudo, os pesquisadores testaram esse tipo de reação em condições semelhantes às do Universo primordial. O experimento envolveu a interação do HeH+ com o deutério, um isótopo de hidrogênio que contém um nêutron adicional no núcleo atômico, além de um próton.

Neste caso, a reação criou um átomo de hélio neutro e um íon HD+ em vez de um íon H2+. Os pesquisadores realizaram este teste no Anel de Armazenamento Criogênico do Instituto Max Planck de Física Nuclear (MPIK) em Heidelberg, Alemanha, onde reações moleculares e atômicas podem ser conduzidas em condições semelhantes às do espaço.

Os pesquisadores armazenaram os íons HeH+ por até 60 segundos a alguns kelvins (-267 °C), durante os quais um feixe de íons neutros de deutério interagiu com os íons. As velocidades relativas dos dois feixes de partículas foram ajustadas para observar como a taxa de colisão muda com base na energia de colisão, que está diretamente relacionada à temperatura.

Os pesquisadores descobriram que a taxa na qual a reação ocorre não diminui à medida que a temperatura diminui, mas permanece constante.

“Teorias anteriores previam uma diminuição significativa na probabilidade de reação em baixas temperaturas, mas não conseguimos verificar isso nem no experimento nem nos novos cálculos teóricos de nossos colegas”, afirmou Holger Kreckel, do MPIK, em um comunicado . “As reações de HeH+ com hidrogênio neutro e deutério parecem, portanto, ter sido muito mais importantes para a química no Universo primitivo do que se supunha anteriormente.”

Hidreto de Hélio no Universo Moderno

O novo estudo indica que HeH+ e hidrogênio molecular eram componentes essenciais da formação estelar . Mas o que aconteceu com a primeira molécula de HeH+ que deu início a tudo há bilhões de anos? Não só essa molécula desapareceu há muito tempo, como as moléculas de hidreto de hélio não estão nem de longe tão presentes no Universo moderno.

Somente em 2019 os cientistas observaram diretamente o hidreto de hélio pela primeira vez usando o Observatório Estratosférico de Astronomia Infravermelha (SOFIA). Ele foi encontrado a cerca de 3.000 anos-luz de distância, em uma nebulosa planetária chamada NGC 7027, onde a radiação ultravioleta e as altas temperaturas de uma estrela envelhecida próxima criam condições adequadas para a formação do HeH+.

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