NASA的SOFIA(平流层红外天文观测台)确定了一种分子的存在,它是宇宙大爆炸之后所形成的第一种分子。同时,它更是是氦和氢的结合物,即氦氢化物。该天文台从地球上探测到大约3000光年,这种分子的位置存在于行星状星云 NGC 7027之中。并且,这颗星云和太阳恒星的尘埃残余特别类似。关于该研究的详细内容,研究成员已发表在“自然”上(于4月17日)。

始于恒星生命尽头的行星状星云
行星状星云,其实就是在太阳般的恒星走到生命尽头时所形成,此时的它们会发生一系列的变化,这其中包括:它们的的外壳炸开并萎缩成了白矮星,而后慢慢冷却变成了水晶球。当恒星在垂死的边缘时,内部环境会慢慢变冷,这个过程中还会散发出足够的热量,这些热量的作用是剥离其他电子附近的氢原子,而后将原子转化为HeH +,最后才形成所需的裸质子。
天文学家们想要检测到HeH +本身并非易事,哪怕是和我们地球距离最近的行星状星云也不例外,因为它所发出的红外波长能轻易的被地球的行星大气所掩盖。在这项研究中,科研人员正是解决了大气雾霾的问题。因为,这个高科技望远镜安装在平流层红外天文观测台的移动飞机上。在垂死恒星周围探测氦氢化物的这种红外特征,标志它在现代宇宙中存在的第一个“明确证据”。与此同时,还证实了先前关于稀有分子最早形成的理论。

原子结合和氢化氦背后的宇宙环境
曾经,科学家们认为:在宇宙大爆炸之后的几十万年里,因为宇宙的环境太热且充满了辐射,所以原子结合在了一起,只存在数量较少的几种原子,这其中包括锂、氦和氢。但这项新的研究却说明,宇宙大爆炸只是在发生之后的十万年,就已经形成了冷却的环境,并使得氦和氢结合,而后形成了氢化氦的分子。
在地球上,HeH +是已知物质中最强的酸,它的最早合成时间是1925年,地点是在实验室。由氢和氦制成的它,含有宇宙中最丰富的这两种元素。科学家们在此之前就已经预测过:这是138亿多年前,第一批大爆炸核反应堆中出现的物质。当质子、中子和电子可以在原子中并排存在,那么,此时的宇宙自然是相对冷却的,这也是第一个形成的分子。

太空分子如何揭示早期宇宙化学性质
对于氢化氦这种物质本身而言,其实我们可以在实验室这样的环境中产生并测试,但想要揭示早期宇宙所具备的化学性质,实验室的数据则显得不具有信服力。在此之前,从未在我们的现代宇宙中找到它的痕迹,但这个新的发现,则标志着氢化氦首次在太空中被探测到。Harold Yorke是加利福尼亚州硅谷SOFIA科学中心主任。他表示,在该分子的潜伏地,只有通过正确的仪器、在恰当的位置进行观测才有可能拿到好的结果,这次完美完成这项任务的便是SOFIA。
据我们目前的天文认知而言,恒星的形成是具有条件因素的,比如分子氢就是恒星形成的基础。只有当宇宙慢慢冷却下来,氢原子才会开始和氢化氦发生相互作用,这也是分子氢可以形成的原理。罗尔夫·格斯滕是研究报告的第一作者(德国波恩马克斯普朗克射电天文研究所),他也表示,这个分子的发现意义重大,这意味着曾经困扰天文学几十年的难题,星际空间中不再缺乏氢化氦存在的证据。

NGC 7027一直是氢化氦所关注的地方
SOFIA和之前的望远镜都有所不同,它会在每次飞行后返回地球,然后接受科学家们的定期更新,上面的部分仪器会被替换成更新的仪器。并且,SOFIA仪器的望远镜是处在高达45000英尺的波音747-SP飞机之上,完全不会被地球的大气层影响而干扰自己原本的飞行任务。SOFIA最新的升级之一,便是为了检测氢化氦的特征这个目的,特意增加了一个特定的专属通道。
Naseem Rangwala是SOFIA副项目科学家,他也在声明中提到:仪器本身的灵活性,将使我们的观察可以进行更好的改进,以便得到科学家们最想要知道的问题的答案之所在。早在20世纪70年代末期,科学家们就一直将氢化氦的关注地放在了NGC 7027。虽然,科学家们一直认为老化恒星的环境(紫外线辐射和热量)也适合氢化氦的形成,但是,到目前天文学家们也没有可以证实这一理论的依据。

探索行星状星云的神秘天文目录
1764年,Charles Messier(查尔斯·梅西耶)发现了第一个行星状星云,绘制了Mumb Nebula,M27(哑铃星云),他的探索之旅为天*物文**体目录增加了四个。赫歇尔于1790年发现了NGC 1514,这颗行星状星云拥有明亮的中心恒星,他意识到这个新物体应该是由灰尘或者气体所组成,虽然这样的想法在当时看来有些不切实际。最终,赫歇尔确定了79个行星状星云,但其中有20个是准确的,至于其他的则是被归类到另外的类别。环形星云“M57”,气体和尘埃的弥散壳在从它们的母星上脱落后几乎均匀地扩散。

位于水瓶座的土星星云“NGC 7009”,有一个明亮的中央恒星,周围是足球形状的气体和尘埃。最年轻的行星状星云黄貂鱼星云“Hen-1357”,与130个太阳系一样大。环状的尘埃和气体结构“SuWt2”,一个紧密的双星系统在这个行星状星云内部形成。NGC 2818是美丽的散布行星状星云,位于距指南针Pyxis南部星座10,400光年远的地方。通过技术的更替,极端深度的行星状星云的许多现象也可以被天文学家们所捕获,这个探测过程揭示了太阳生命在结束之时可能发生的各种复杂性,甚至包括哈勃太空望远镜拍摄的图像,也为我们显示了各种各样的可能性。