Se necesita un conjunto rico y diverso de moléculas complejas para que existan cosas como estrellas, galaxias, planetas y formas de vida como nosotros. Pero antes de que los humanos y todas las moléculas complejas de las que estamos hechos pudieran existir, tenía que haber esa primera molécula primordial que comenzó una larga cadena de eventos químicos que condujeron a todo lo que ves a tu alrededor hoy.
Aunque se ha teorizado durante mucho tiempo que existe, la falta de evidencia observacional para esa molécula fue problemática para los científicos. Ahora lo han encontrado y esos científicos pueden descansar tranquilos. ¡Su teoría predictiva gana!
En los primeros días del Universo, solo había dos o tres tipos de átomos. Big Bang Nucleosynthesis creó hidrógeno, helio y pequeñas cantidades de litio. Todos los demás elementos se forjaron más tarde, en estrellas. Las estrellas son principalmente hidrógeno, pero no se pudieron formar a partir de los simples átomos de hidrógeno creados en el Big Bang. Se forman a partir de lo que se llama hidrógeno molecular. Y el hidrógeno molecular no podría formarse sin la llamada "primera molécula", una combinación de helio e hidrógeno llamada hidruro de helio. La teoría dice que el hidruro de helio se creó unos 100.000 años después del Big Bang.
"Fue muy emocionante estar allí, ver hidruro de helio por primera vez en los datos".
Rolf Guesten, Instituto Max Planck de Radioastronomía, autor principal.
Puedes imaginarte una instantánea del Universo temprano, en algún lugar alrededor de 100,000 años después del Big Bang. Hacía mucho calor y estaba poblada solo por hidrógeno, helio y ese pequeño bit de litio. Antes de que la población atómica del Universo pudiera diversificarse, debían formarse estrellas. Una vez que comenzó a enfriarse, las condiciones comenzaron a madurar para que se formaran las estrellas.
Pero también tenía que pasar algo más. El enfriamiento del Universo no fue suficiente para que se formaran estrellas. El hidrógeno molecular tuvo que ser creado, ya que las estrellas están hechas principalmente de hidrógeno molecular en lugar del simple hidrógeno atómico creado por el Big Bang. (Los científicos no lo llaman hidrógeno simple, lo llaman solo un átomo de hidrógeno).
La mayor parte del hidrógeno en el Universo es hidrógeno molecular.
Pero un solo átomo de hidrógeno es raro en el Universo de hoy, porque es un radical libre y es realmente reactivo. El hidrógeno molecular es una molécula en la que dos átomos de hidrógeno están unidos entre sí. Se compone de dos protones y dos electrones y es muy estable. Hay nubes masivas de hidrógeno molecular en el espacio, y estrellas de esas nubes.
El problema en el Universo temprano era que, aunque las cosas se estaban enfriando, el hidrógeno molecular no podía formarse por sí solo. Según la teoría, el hidrógeno simple necesitaba interactuar con una molécula específica antes de que pudiera formarse, y esa molécula era hidruro de helio. Esta interacción fue el primer paso en la química del Universo.
"La falta de evidencia de la existencia del hidruro de helio en el espacio interestelar fue un dilema para la astronomía durante décadas".
Rolf Guesten, Instituto Max Planck de Radioastronomía, autor principal
Aunque la teoría decía que el hidruro de helio tenía que existir, y aunque se había creado en un laboratorio en 1925, nunca se había visto en el espacio. Es una molécula muy encurtida, porque uno de sus átomos constituyentes es el helio, un gas noble. Y los gases nobles son muy reacios a reaccionar con otros átomos.
Pero ahora lo han encontrado.
En un artículo publicado el 17 de abril en la revista Nature, los investigadores describieron cómo descubrieron el esquivo hidruro de helio en el
nebulosa planetaria llamada NGC 7027. Utilizaron SOFIA de la NASA, o
Observatorio estratosférico de astronomía infrarroja, para buscarlo. SOFIA es un Boeing 747SP convertido que vuela a gran altura, por encima de la interferencia atmosférica, para hacer observaciones.
Desde la década de 1970, los científicos pensaban que NGC 7027 tenía las condiciones necesarias para que existiera el hidruro de helio. Usando SOFIA, y el GRAN instrumento alemán (Receptor alemán en frecuencias Terahertz) probaron NGC 7027, buscando la escurridiza molécula.
El autor principal del artículo es Rolf Guesten, del Instituto Max Planck de Radioastronomía, en Bonn, Alemania. "La falta de evidencia de la existencia del hidruro de helio en el espacio interestelar fue un dilema para la astronomía durante décadas", dijo Guesten.
La nebulosa planetaria donde los investigadores la detectaron tiene las condiciones adecuadas para que se forme hidruro de helio. La estrella envejecida emitió el calor adecuado y la radiación ultravioleta para que se forme la molécula. Pero mirar dentro de esa nebulosa resultó ser muy difícil. Entra SOFIA y GRANDE.
SOFIA es como un híbrido entre un telescopio terrestre y un telescopio espacial. Desde su punto de vista a 45,000 pies, está libre de la mayor parte de la interferencia atmosférica de la Tierra, como un telescopio espacial. Pero es más flexible. Aterriza entre misiones y su instrumentación puede cambiarse o adaptarse más como un telescopio terrestre.
En este caso, el gran instrumento alemán se integró en SOFIA en 2011. Y se ha demostrado que es fundamental en esta investigación.
"Podemos cambiar los instrumentos e instalar la última tecnología", dijo Naseem Rangwala, científico adjunto del proyecto SOFIA. "Esta flexibilidad nos permite mejorar las observaciones y responder a las preguntas más apremiantes que los científicos quieren que se respondan".
En 2016, los científicos comenzaron a usar SOFIA y GREAT para sondear NGC 7027 en busca del escurridizo hidruro de helio. Cada molécula interactúa con la luz en su propia frecuencia, y GREAT se sintonizó con la frecuencia de hidruro de helio, similar a sintonizar una radio en una estación en particular. Y finalmente tuvieron suerte.
“Fue muy emocionante estar allí, ver hidruro de helio por primera vez en los datos. Esto lleva una larga búsqueda a un final feliz y elimina las dudas sobre nuestra comprensión de la química subyacente del universo primitivo.
Rolf Guesten, Instituto Max Planck de Radioastronomía, autor principal
"Fue muy emocionante estar allí, ver hidruro de helio por primera vez en los datos", dijo Guesten. "Esto lleva una larga búsqueda a un final feliz y elimina las dudas sobre nuestra comprensión de la química subyacente del universo primitivo".
Así que este es el final feliz de una de las preguntas más largas de la astronomía. La conclusión exitosa de la búsqueda de hidruro de helio es una buena victoria para nuestras teorías que detallan la evolución del Universo.
Si eres amigo de un científico, ve a comprarle una cerveza y muestra algo de aprecio por su arduo trabajo.
Fuentes
- Trabajo de investigación: detección astrofísica del ion hidruro de helio HeH
- Comunicado de prensa: el primer tipo de molécula del universo se encuentra por fin
- NASA: sitio web de SOFIA
- Wikipedia: ion hidruro de helio
