Recriação da primeira molécula do Universo resolve enigma de 13 bilhões de anos

 Primeira molécula do Universo

Depois do Big Bang, o Universo consistia em uma sopa primordial de partículas subatômicas, que levou 380.000 anos para esfriar a ponto de permitir que átomos neutros se formassem por recombinação com elétrons livres e, mais tarde, que ocorrem as primeiras reações químicas e a formação dos elementos que conhecemos.

Esquema e nível energético da reação do íon hidreto de hélio com deutério. É uma reação rápida e sem barreiras, ao contrário do que indicavam as teorias anteriores. Ao fundo, a nebulosa planetária NGC 7027, com hidrogênio molecular visível em vermelho. [Imagem: MPIK/W. B. Latter (SIRTF/Caltech)/NASA] 

Segundo nossas melhores teorias, a primeira molécula a se formar no Universo foi o íon hidreto de hélio (HeH+), nascido quando um átomo de hélio neutro e um núcleo de hidrogênio ionizado se combinaram. Isso marcou o início de uma reação em cadeia que levou à formação do hidrogênio molecular (H2), que é de longe a molécula mais comum no Universo, e que se tornou a base para a formação das primeiras estrelas.

Agora, Florian Grussie e colegas do Instituto Max-Planck de Física Nuclear, na Alemanha, conseguiram pela primeira vez recriar essa reação química em condições semelhantes às do Universo primordial.

A equipe usou uma reação de HeH2 com o deutério, um isótopo de hidrogênio que contém um nêutron adicional no núcleo atômico, além de um próton. Quando o HeH2 reage com o deutério, forma-se um íon HD2, em vez de H2, juntamente com o átomo neutro de hélio.

Mas os resultados não foram exatamente o que as teorias previam.

Espectro da HeH+ observada com o telescópio SOFIA, em direção à nebulosa planetária NGC 7027. [Imagem: NIESYTO/William B. Latter (SIRTF)/NASA/ESA/Rolf Güsten/MPIfR]

Condições únicas

O experimento foi realizado no Anel de Armazenamento Criogênico (CSR), em Heidelberg, um instrumento único no mundo para a investigação de reações moleculares e atômicas em condições semelhantes às do espaço.

Para isso, íons HeH2 foram armazenados no anel de armazenamento iônico de 35 metros de diâmetro por até 60 segundos a alguns kelvins (-267 °C) e sobrepostos a um feixe de átomos neutros de deutério. Ajustando as velocidades relativas dos dois feixes de partículas, os cientistas puderam estudar como a taxa de colisão varia com a energia da colisão, que está diretamente relacionada à temperatura.

Ao contrário das previsões teóricas, a velocidade com que a reação ocorre não diminui com a diminuição da temperatura - na verdade, ela permanece quase 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 dos nossos colegas," disse o professor Holger Kreckel. "As reações de HeH2 com hidrogênio neutro e deutério parecem, portanto, ter sido muito mais importantes para a química no Universo primitivo do que se supunha anteriormente".

Revisão da teoria

A observação experimental levou a uma revisão nas teorias, com os membros teóricos da equipe identificando um erro no cálculo da superfície potencial usada em todos os cálculos anteriores para essa reação. Os novos cálculos usando a superfície potencial aprimorada agora se alinham estreitamente com o experimento.

Como as concentrações de moléculas como HeH2 e hidrogênio molecular (H2 ou HD2) desempenharam um papel importante na formação das primeiras estrelas, este resultado nos aproxima da solução do mistério de como se formaram as primeiras estrelas.

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