科学家在自然界中发现宇宙的第一个分子

科学家在自然界中发现宇宙的第一个分子

科学家们刚刚探测到了宇宙中第一个分子,借助我们环游世界的飞机上的一个望远镜。这不是在开玩笑,它就发生在我们生活的这个世界,我所说的这种分子被称作氢化氦,而且我们终于太空中探测到它的这一事实,证实了我们有关早期宇宙行为的理论,并且能够帮助我们更好地理解最早的恒星和星系是如何形成的。

科学家在自然界中发现宇宙的第一个分子


如果从宇宙起源开始说宇宙曾经是一个小小的奇点,有着无穷大的温度和密度。大概在宇宙大爆炸后的一秒,这个过程与普通爆炸类似,但不完全一样。科学家得到了一碗燃烧的“粒子热汤”,确切来说是温度约55亿摄氏度的“汤”。几分钟内宇宙中几乎充满了氦,但是它们都是电离态的,这是因为有太多飞来飞去的高能光子迅速地撞击任何可能与各种元素的原子核结合的电子,阻止它们变为中性。

此后万物开始平静下来,在大爆炸后的近140亿年里,宇宙持续冷却且不断膨胀 ,据我们所知这种情况会一直持续下去。大约经过了38万年或者更久 ,当所有事物足够冷却和缓慢时,电子就能够与氦核结合。这样就形成了第一个稳定的原子,所以我们有了一个稳定的氦原子和一堆不稳定的氢离子。氢离子就是失去了电子的氢,它在寻找一个可以共享电子的伙伴。你看,这是带两个电子的氦原子,而氢离子正好想要一个电子,于是 两者结合在一起就变成了宇宙中第一个的分子:氢化氦。.自此化学研究不再仅仅满足于原子层面,它带来了宇宙级的影响。

随着万物温度持续降低,中性的氢原子变得常见,因为它们的电子总能找到附着的地方。同时从能量的角度来说,对氢原子来说与自身结合形成氢气分子的效率更高 ,而不是与氦原子结合成氢化氦,这意味着氢化氦会开始消失释放出大量的氢气分子,这可能是我们现代宇宙的开端。,氢气分子像水成为一种基本的成分,当然 这对人类等生物至关重要,对天文学家而言,氢化氦的形成是一个连接宇宙起源与现在的必要步骤。同时人们认为氢化氦的形成与分解可能是宇宙最初通过内部热气体冷却到一定程度而形成恒星的主要机制之一。

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早在1925年科学家就开始在实验室里研究氢化氦的合成,但直到现在宇航员才在太空中找到它的踪迹,这条新闻是氢化氦首次在自然环境中被探测到。研究人员使用了平流层红外天文观测台名为“索菲亚” ,它主要是一架高空飞机 ,搭载着许多厉害的设备帮助我们观察太空。“索菲亚”载有一个特殊设备名为德国太赫兹频率太空接收器或简称为GREAT,研究人员用它瞄准了快要消亡的白热恒星。

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看,这就是附着在行星状星云NGC 7027上的氢化氦,需要指出的是标题中提到的氢化氦实际上与宇宙起源之初形成的那个并不相同,我是说它们都是氢化氦,但其分子结构是不一样的。所有在宇宙起源之时形成的,最初的氢化氦早都已经被分解了,而现存的这些氢化氦是因为这些恒星周围的环境温度高到足够电离氢原子从而有机会生成并继续存在。“GREA”能观测到几十年来我们一直试图一窥的东西,这是因为“索菲亚”可以飞得很高,地球的大气层对其发射的探测信号并不造成妨碍,同时它还能回到地面获得更新升级,不像黑暗太空中的望远镜被发射出去以后既没办法返回又不能装配最新的技术。

科学家在自然界中发现宇宙的第一个分子


赫兹技术的一项新进展,使我们能在需要的波长处进行这种光谱学研究,多亏了这样的新技术我们才能够证实我们目前关于宇宙起源的猜想。它还引出了一个新的发现,让我们有望对早期恒星和星系的形成有更深的理解。


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