Веднаш по Големата експлозија, пред околу 13,8 милијарди години, во универзумот доминирале незамисливо високи температури, а неговата густина била огромна. Сепак, по само неколку секунди, универзумот се оладил доволно за да се формираат првите елементи, првенствено водород и хелиум.
Тие сè уште биле целосно јонизирани во овој момент, и биле потребни речиси 380.000 години за температурата на универзумот да падне доволно за неутралните атоми да се рекомбинираат и да формираат слободни електрони. Ова го отворило патот за првите хемиски реакции, пишува „Саенс дејли“.
Најстарата молекула што била создадена е јонот на хелиум хидрид (HeH⁺), формиран од неутрален атом на хелиум и јонизирано јадро на водород. Ова го означил почетокот на верижна реакција што води до формирање на молекуларен водород, убедливо најчестата молекула во универзумот.
По рекомбинацијата дошле „темните векови“ на космологијата: иако универзумот сега бил транспарентен поради врзувањето на слободните електрони, сè уште немал објекти што емитуваат светлина како што се ѕвездите. Поминале неколку стотици милиони години пред да се формираат првите.
Меѓутоа, во текот на оваа рана фаза од универзумот, едноставните молекули на хелиум хидриден јон и водород биле клучни за формирањето на првите ѕвезди. За да може контрахирачкиот гасен облак на протоѕвездата да се сруши до точка каде што може да започне нуклеарна фузија, мора да се ослободи топлина. Ова се случува преку судири што ги возбудуваат атомите и молекулите, кои потоа ја емитуваат оваа енергија во форма на фотони. Сепак, под приближно 10.000 степени Целзиусови, овој процес станува неефикасен за доминантните атоми на водород. Понатамошното ладење може да се одвива само преку молекули кои можат да емитуваат дополнителна енергија преку ротација и вибрации. Поради неговиот изразен диполен момент, хелиум хидридниот јон е особено ефикасен на овие ниски температури и долго време се смета за потенцијално важен кандидат за ладење за време на формирањето на првите ѕвезди. Следствено, концентрацијата на хелиум хидридни јони во универзумот може значително да влијае на ефикасноста на раното формирање на ѕвезди.
Во овој период, судирите со слободни атоми на водород биле главниот механизам на распаѓање на хелиум хидрид, формирајќи неутрален атом на хелиум и водороден јон. Потоа тие реагирале со друг атом на водород за да формираат неутрален молекул на водород и протон, што довело до формирање на молекуларен водород.
Истражувачите од Институтот за нуклеарна физика „Макс Планк“ во Хајделберг сега за првпат успешно ја рекреираа оваа реакција под услови слични на оние од раниот универзум. Тие ја истражуваа реакцијата на хелиум хидрид со деутериум, изотоп на водород кој, покрај протоните, содржи и дополнителен неутрон во атомското јадро. Кога хелиум хидридот реагира со деутериум, наместо H₂⁺, се формира HD⁺ јон, веднаш до неутрален атом на хелиум.
Експериментот, за кој беше напишана и објавена студија во „Астрономи енд астрофизикс“, беше извршен на криогениот прстен за складирање (CSR) во Институтот за нуклеарна физика „Макс Планк“ во Хајделберг – глобално уникатен инструмент за истражување на молекуларни и атомски реакции во услови слични на вселената.
За таа цел, јоните HeH⁺ беа складирани во прстен за складирање на јони со дијаметар од 35 метри до 60 секунди на температура од неколку келвини (минус 267 степени целзиусови) и беа вкрстени со зрак од неутрални атоми на деутериум. Со прилагодување на релативните брзини на двата зраци на честички, научниците беа во можност да проучат како брзината на судир варира со енергијата на судирот, што е директно поврзано со температурата.
Тие открија дека, спротивно на претходните предвидувања, брзината со која се одвива оваа реакција не се забавува со намалување на температурата, туку останува речиси константна.
Реакциите на HeH⁺ со неутрален водород и деутериум затоа се чини дека биле многу поважни за хемијата во раниот универзум отколку што претходно се претпоставуваше.
Бидејќи концентрациите на молекули како што се HeH⁺ и молекуларниот водород (H₂ или HD) играле важна улога во формирањето на првите ѕвезди, овој резултат нè доближува до решавање на мистеријата за нивното потекло.
