Unos cientos de miles de años después del Big Bang, la sopa joven y caliente de nuestro universo se enfrió lo suficiente como para que los bloques de construcción más pequeños de la vida se combinen en átomos por primera vez. Un día balsámico de 6.700 grados Fahrenheit (3.700 grados Celsius), un átomo de helio se formó en un solo protón, en realidad un ion de hidrógeno cargado positivamente, y se formó la primera molécula del universo: hidruro de helio o HeH +.
Los científicos han estudiado versiones hechas en laboratorio de esta molécula primordial durante casi un siglo, pero nunca han encontrado rastros de ella en nuestro universo moderno, hasta ahora. En un nuevo estudio publicado hoy (17 de abril) en la revista Nature, los astrónomos informan sobre el uso de un telescopio aerotransportado para detectar el HeH + que arde en la nube de gas alrededor de una estrella moribunda a unos 3.000 años luz de distancia.
Según los investigadores, este descubrimiento, que lleva más de 13 mil millones de años en desarrollo, muestra de manera concluyente que HeH + se forma naturalmente en condiciones similares a las encontradas en el universo primitivo.
"Aunque HeH + es de importancia limitada en la Tierra hoy en día, la química del universo comenzó con este ion", escribió el equipo en el nuevo estudio. "La detección inequívoca reportada aquí trae una búsqueda de décadas a un final feliz por fin".
La primera molécula del universo.
HeH + es el ácido más fuerte conocido en la Tierra y se sintetizó por primera vez en un laboratorio en 1925. Debido a que está hecho de hidrógeno y helio, los dos elementos más abundantes en el universo y el primero en emerger del reactor nuclear del Big Bang 13.8 mil millones Hace años, los científicos predijeron durante mucho tiempo que la molécula fue la primera en formarse cuando el universo de enfriamiento permitió que los protones, los neutrones y los electrones existieran lado a lado en los átomos.
Los científicos no pueden rebobinar el universo para buscar esta molécula incipiente donde nació, pero pueden buscarla en las partes del universo moderno que mejor reproducen esas condiciones supercalientes y superdensas, en las nebulosas jóvenes de gas y plasma que explotan de estrellas moribundas.
Estas llamadas nebulosas planetarias se forman cuando las estrellas parecidas al sol alcanzan el final de sus vidas, destruyen sus caparazones exteriores y se arrugan en enanas blancas para enfriarse lentamente en bolas de cristal. A medida que esas estrellas moribundas se enfrían, aún irradian suficiente calor como para despojar a los átomos de hidrógeno cercanos de sus electrones, convirtiendo los átomos en protones desnudos que se requieren para que se forme HeH +.
Detectar HeH + incluso en las nebulosas planetarias más cercanas a la Tierra es complicado, porque brilla a una longitud de onda infrarroja que es fácilmente oscurecida por la atmósfera de nuestro propio planeta. En el nuevo estudio, los investigadores sortearon esa neblina atmosférica utilizando un telescopio de alta tecnología montado en un avión en movimiento llamado SOFIA (el Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja).
En el transcurso de tres vuelos en 2016, el equipo entrenó el telescopio de SOFIA en una nebulosa planetaria llamada NGC 7027, a unos 3.000 años luz de la Tierra. La estrella central de la nebulosa es una de las más calientes conocidas en el cielo, escribieron los investigadores, y se estima que arrojó su envoltura exterior solo hace unos 600 años. Debido a que la nebulosa circundante es tan caliente, joven y compacta, es un lugar ideal para cazar longitudes de onda HeH +. Según los investigadores, ahí es exactamente donde los encontró SOFIA.
"El descubrimiento de HeH + es una demostración dramática y hermosa de la tendencia de la naturaleza a formar moléculas", dijo en un comunicado el coautor del estudio David Neufeld, profesor de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore. "A pesar de los poco prometedores ingredientes disponibles, una mezcla de hidrógeno con helio no reactivo de gas noble y un ambiente hostil a miles de grados centígrados, se forma una molécula frágil".
