Vi kan nu ”se” den tidigaste kemin

After decades of searching, scientists have finally detected in space the first molecular bond that would have formed in the early Universe after the Big Bang.

Min tolkning: Efter årtionden av sökande har forskare slutligen lyckats finna den första föreningen (molekyl/jon) av olika atomer som kan ha uppstått i det ”färska” Universum efter Big Bang

Källa: Science Alert

Grundämnen består av positivt laddade atomkärnor och ett motsvarande antal elektroner så att de blir elektriskt neutrala. Den enklaste kombinationen av dessa är väteatomen H, inte att förväxla med vätemolekylen H₂, vätgas. I det nybildade Universum var temperaturen (egentligen energitätheten) så hög att allt var en enda röra av positivt laddade atomkärnor och negativt laddade elektroner, ett plasma.

Efter några hundra tusen år hade Universum glesnat (energitätheten och därmed temperaturen blivit tillräckligt låg) för att väteatomer (en proton + elektron) ska börja bildas. Energin i plasmat är fortsatt tillräckligt koncentrerad så väteatomer [1] kan fusionera (slås samman) till nästa grundämne, helium (He). I den processen frigörs energi vilket bidrar till att driva utvidgningen vidare. I detta läge beter sig Universum som en gigantisk detonerande vätebomb med ett plasma bestående av protoner (de allra enklaste atomkärnorna), neutroner, elektroner samt heliumatomer. Vi är framme där citatet ovan börjar få mening.

Scientists predicted HeH⁺ might form in planetary nebulae back in the 1970s, but up until now we’d still never been able to detect it.

Helium- och väteatomer slås samman till HeH⁺, heliumhydrid, en positivt laddad jon, det allra enklaste ämne man sökt sedan 70-talet. Teoretiskt har det funnits på agendan längre än så men instrumenten som krävs har inte funnits på rätt plats förrän på senare år. Här några skäl varför vi inte upptäckt heliumhydrid i rymden tidigare.

• Universum expanderar (utvidgas) och det sker i snabbare takt ju längre bort vi observerar.
• Sirenen från ett blåljusfordon får lägre frekvens när det kör fort från oss, vi kallar det dopplereffekten. På samma sätt sjunker frekvensen från en foton som sänds ut av de tidiga heliumhydrid-jonerna.
• På grund av dopplereffekten kommer den ursprungliga högfrekventa heliumhydrid-fotonen att få en lägre frekvens när den når oss.
• Vår atmosfär absorberar dessa IR-fotoner med våglängden 149 μm [2] och de slipper inte förbi ner till Jordytan.
• För att upptäcka fotoner (”strålning”) från de tidigaste heliumhydriderna måste detektorerna finnas i satelliter där atmosfären är tillräckligt ”gles” för att släppa fram dem.

Bilden visar översiktligt att atmosfären hindrar passage av stora delar av elektromagnetisk strålning. Dit hör 149 μm (ungefär 75 gånger längre våglängd än synligt ljus) som nämns i texten. I intervallet mellan 1-100 μm inryms värmestrålning som Jorden avger för att vidmakthålla strålningsbalansen. [3]

Läs artikeln för en fullständigare beskrivning, min är avsevärt förenklad.

[1] Egentligen deuterium och tritium med en respektive två neutroner tillsammans med den enda protonen.

[2] 1 μm = 0.000 001 meter

[3] Växthusgaser fyller gradvis ut de dippar som utgör ”strålningsfönster”. Det gör att Jorden samlar på sig värmeenergi som till 9/10 hamnar i haven.