Вселенная застряла в холодной пустоте — спасение пришло от одной молекулы

Представьте себе космос без звёзд. Почти 400 000 лет после Большого взрыва Вселенная была тихой, холодной и прозрачной. Небо — чёрное, вокруг лишь гигантские облака водорода и гелия. Это время астрономы называют "тёмными веками".

И вдруг — первый свет. Что запустило эту искру? Оказалось, ключ прятался не в грандиозных катастрофах, а в химии одной крошечной молекулы.

Почему звёзды не рождались сразу

Чтобы газовое облако превратилось в звезду, гравитация должна сжать его. Но при сжатии газ нагревается и сопротивляется. На ранних стадиях водород мог остывать, излучая свет, но ниже 10 000 °C этот процесс почти останавливался. А для ядерного синтеза требовалась куда более низкая температура.

Вселенная застряла в тупике: гравитация тянула, но тепло не уходило.

Гидрид-ион гелия — первый "космический кондиционер"

Молекулы охлаждают газ эффективнее атомов: они могут излучать энергию не только через электроны, но и за счёт вращения и вибраций связей. Лидером среди кандидатов на роль охладителя стал гидрид-ион гелия (HeH⁺) — первая молекула во Вселенной.

Она обладала дипольным моментом, что делало её идеальной для потери энергии при вращении. Теория гласила: HeH⁺ должен был помочь образоваться молекулярному водороду (H₂) — главному охладителю и строительному материалу звёзд.

Эксперимент, который перевернул расчёты

Чтобы проверить гипотезу, учёные из Института ядерной физики Общества Макса Планка воссоздали условия ранней Вселенной. Их криогенное накопительное кольцо — вакуумный туннель длиной 35 м при температуре -267 °C — стало "машиной времени".

Внутри они сталкивали ионы HeH⁺ с атомами дейтерия и измеряли скорость реакции. Теория предсказывала замедление распада молекулы при охлаждении, но результат поразил: реакция шла почти с постоянной скоростью.

Ошибка, жившая десятилетиями

Оказалось, HeH⁺ гораздо активнее создавал молекулярный водород, чем считалось. Другие исследователи нашли ошибку в старых расчётах энергии реакции. Новые вычисления полностью совпали с экспериментом.

Цепочка, зажёгшая первые звёзды

• HeH⁺ активно реагировал с водородом.
• Образовывался H₂ - мощный охладитель.
• Облака быстро теряли тепло.
• Гравитация сжимала их до плотностей, достаточных для синтеза.
• Загорелись первые звёзды, положив конец "тёмным векам".

Крошечная и недолговечная молекула выполнила миссию — стала химическим спусковым крючком для рождения света во Вселенной.

Уточнения

А́том (от др.-греч. ἄτομος "неделимый, неразрезаемый") — частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его химических свойств.