É preciso um conjunto rico e diversificado de moléculas complexas para que coisas como estrelas, galáxias, planetas e formas de vida como nós existam. Mas antes que os seres humanos e todas as moléculas complexas das quais somos feitos pudessem existir, tinha que haver a primeira molécula primordial que iniciou uma longa cadeia de eventos químicos que levou a tudo o que você vê hoje.
Embora tenha sido teorizada a existência, a falta de evidências observacionais para essa molécula era problemática para os cientistas. Agora eles descobriram e esses cientistas podem ficar tranquilos. Sua teoria preditiva vence!
Nos primórdios do Universo, havia apenas dois ou três tipos de átomos. Hidrogênio, hélio e pequenas quantidades de lítio foram criadas pela Nucleosíntese do Big Bang. Todos os outros elementos foram forjados mais tarde, em estrelas. As estrelas são principalmente hidrogênio, mas as estrelas não podiam se formar a partir de simples átomos de hidrogênio criados no Big Bang. Eles se formam a partir do que é chamado de hidrogênio molecular. E o hidrogênio molecular não poderia se formar sem a chamada "primeira molécula", uma combinação de hélio e hidrogênio chamada hidreto de hélio. A teoria diz que o hidreto de hélio foi criado cerca de 100.000 anos após o Big Bang.
"Foi muito emocionante estar lá, vendo o hidreto de hélio pela primeira vez nos dados".
Rolf Guesten, Instituto Max Planck de Radioastronomia, principal autor.
Você pode imaginar um instantâneo do Universo primitivo, algo em torno de 100.000 anos após o Big Bang. Estava muito quente e era preenchido apenas por hidrogênio, hélio e aquele pedacinho de lítio. Antes que a população atômica do Universo pudesse diversificar, as estrelas precisavam se formar. Quando começou a esfriar, as condições estavam começando a amadurecer para as estrelas se formarem.
Mas algo mais tinha que acontecer também. O resfriamento do Universo não foi suficiente para formar estrelas. O hidrogênio molecular teve que ser criado, uma vez que as estrelas são feitas em grande parte a partir de hidrogênio molecular, em vez do simples hidrogênio atômico criado pelo Big Bang. (Os cientistas não chamam simples hidrogênio, apenas um átomo de hidrogênio.)
A maior parte do hidrogênio no Universo é hidrogênio molecular.
Mas um único átomo de hidrogênio é raro no Universo de hoje, porque é um radical livre e é realmente reativo. O hidrogênio molecular é uma molécula na qual dois átomos de hidrogênio estão ligados. Consiste em dois prótons e dois elétrons e é muito estável. Existem nuvens maciças de hidrogênio molecular no espaço, e estrelas dessas nuvens.
O problema no início do Universo era que, embora as coisas estivessem esfriando, o hidrogênio molecular não podia se formar por conta própria. Segundo a teoria, o hidrogênio simples precisava interagir com uma molécula específica antes que ela pudesse se formar, e essa molécula era hidreto de hélio. Essa interação foi o primeiro passo na química do universo.
"A falta de evidências da própria existência de hidreto de hélio no espaço interestelar foi um dilema para a astronomia por décadas".
Rolf Guesten, Instituto Max Planck de Radioastronomia, principal autor
Embora a teoria dissesse que o hidreto de hélio precisava existir, e mesmo tendo sido criado em um laboratório em 1925, nunca foi visto no espaço. É uma molécula muito decapada, porque um de seus átomos constituintes é o hélio, um gás nobre. E gases nobres são muito relutantes em reagir com outros átomos.
Mas agora eles encontraram.
Em um artigo publicado em 17 de abril na revista Nature, os pesquisadores descreveram como descobriram o indescritível hidreto de hélio no
nebulosa planetária chamada NGC 7027. Eles usaram a SOFIA da NASA, ou
Observatório Estratosférico de Astronomia Infravermelha, para procurá-lo. O SOFIA é um Boeing 747SP convertido que voa em grandes altitudes, acima da interferência atmosférica, para fazer observações.
Desde a década de 1970, os cientistas pensavam que o NGC 7027 tinha as condições necessárias para a existência do hidreto de hélio. Usando SOFIA e o instrumento alemão GREAT (Receptor alemão nas frequências Terahertz), eles examinaram o NGC 7027, procurando a molécula indescritível.
O principal autor do artigo é Rolf Guesten, do Instituto Max Planck de Radioastronomia, em Bonn, Alemanha. "A falta de evidências da própria existência de hidreto de hélio no espaço interestelar foi um dilema para a astronomia por décadas", disse Guesten.
A nebulosa planetária onde os pesquisadores a identificaram tem as condições certas para a formação do hidreto de hélio. A estrela envelhecida emitiu o calor e a radiação ultravioleta certos para a molécula se formar. Mas olhar para dentro dessa nebulosa provou ser muito difícil. Digite SOFIA e GREAT.
A SOFIA é como um híbrido entre um telescópio terrestre e um telescópio espacial. Do seu ponto de vista a 45.000 pés, está livre da maioria das interferências atmosféricas da Terra, como um telescópio espacial. Mas é mais flexível. Aterra entre as missões e sua instrumentação pode ser alterada ou adaptada mais como uma lata de telescópio terrestre.
Nesse caso, o instrumento GREAT alemão foi integrado à SOFIA em 2011. E provou ser essencial nesta pesquisa.
"Podemos trocar de instrumento e instalar a tecnologia mais recente", disse Naseem Rangwala, cientista adjunto do projeto da SOFIA. "Essa flexibilidade nos permite melhorar as observações e responder às perguntas mais prementes que os cientistas desejam responder".
Em 2016, os cientistas começaram a usar SOFIA e GREAT para investigar o NGC 7027 quanto ao indescritível hidreto de hélio. Cada molécula interage com a luz em sua própria frequência e o GREAT foi sintonizado na frequência do hidreto de hélio, semelhante a sintonizar um rádio em uma estação específica. E eles finalmente tiveram sorte.
“Foi muito emocionante estar lá, vendo o hidreto de hélio pela primeira vez nos dados. Isso leva uma longa busca a um final feliz e elimina dúvidas sobre nossa compreensão da química subjacente do universo primitivo.
Rolf Guesten, Instituto Max Planck de Radioastronomia, principal autor
"Foi muito emocionante estar lá, vendo o hidreto de hélio pela primeira vez nos dados", disse Guesten. "Isso leva uma longa busca a um final feliz e elimina dúvidas sobre nossa compreensão da química subjacente do universo primitivo".
Portanto, este é o final feliz de uma das perguntas mais longas da astronomia. A conclusão bem-sucedida da busca por hidreto de hélio é uma boa vitória para nossas teorias, detalhando a evolução do Universo.
Se você é amigo de um cientista, compre uma cerveja para ela e mostre apreço pelo trabalho árduo!
Fontes
- Trabalho de Pesquisa: Detecção astrofísica do íon hidreto de hélio HeH
- Press Release: Finalmente, o primeiro tipo de molécula do universo é encontrado
- NASA: site da SOFIA
- Wikipedia: íon hidreto de hélio
