Los Científicos Descubren El Primer Tipo De Molécula Formada En El Universo

Descubierto el primer tipo de molécula del universo

Ilustración de la nebulosa planetaria NGC 7027 y moléculas de hidruro de helio. En esta nebulosa planetaria, SOFIA detectó hidruro de helio, una combinación de helio (rojo) e hidrógeno (azul), que fue el primer tipo de molécula que se formó en el universo temprano. Esta es la primera vez que se encuentra hidruro de helio en el universo moderno. Créditos: NASA / SOFIA / L. Proudfit / D.Rutter

El primer tipo de molécula que se formó en el universo se ha detectado en el espacio por primera vez, después de décadas de búsqueda. Los científicos descubrieron su firma en nuestra propia galaxia utilizando el observatorio aéreo más grande del mundo, NASA Observatorio estratosférico de astronomía infrarroja, o SOFÍA , mientras la aeronave volaba muy por encima de la superficie de la Tierra y apuntaba sus sensibles instrumentos hacia el cosmos.

Cuando el universo era todavía muy joven, solo existían unos pocos tipos de átomos. Los científicos creen que alrededor de 100.000 años después del Big Bang, el helio y el hidrógeno se combinaron para formar una molécula llamada hidruro de helio por primera vez. El hidruro de helio debería estar presente en algunas partes del universo moderno, pero nunca se había detectado en el espacio, hasta ahora.


Los científicos del observatorio aéreo SOFIA detectaron el primer tipo de molécula que se formó en el universo. Encontraron la combinación de helio e hidrógeno, llamada hidruro de helio, en una nebulosa planetaria cerca de la constelación de Cygnus. Este descubrimiento confirma una parte clave de nuestra comprensión básica del universo primitivo y cómo evolucionó durante miles de millones de años hacia la compleja química de hoy. Créditos: NASA / Ames Research Center

SOFIA encontró hidruro de helio moderno en una nebulosa planetaria, un remanente de lo que alguna vez fue una estrella similar al Sol. Ubicada a 3.000 años luz de distancia cerca de la constelación de Cygnus, esta nebulosa planetaria, llamada NGC 7027, tiene condiciones que permiten que se forme esta misteriosa molécula. El descubrimiento sirve como prueba de que, de hecho, el hidruro de helio puede existir en el espacio. Esto confirma una parte clave de nuestra comprensión básica de la química del universo temprano y cómo evolucionó durante miles de millones de años hasta convertirse en la química compleja de hoy. Los resultados se publican en la edición de esta semana de Nature.

“Esta molécula estaba al acecho, pero necesitábamos los instrumentos adecuados para hacer observaciones en la posición correcta, y SOFIA pudo hacerlo perfectamente”, dijo Harold Yorke, director del Centro de Ciencias SOFIA, en Silicon Valley de California.

Hoy en día, el universo está lleno de estructuras grandes y complejas como planetas, estrellas y galaxias. Pero hace más de 13 mil millones de años, después del Big Bang, el universo primitivo estaba caliente, y todo lo que existía eran unos pocos tipos de átomos, principalmente helio e hidrógeno. Cuando los átomos se combinaron para formar las primeras moléculas, el universo finalmente pudo enfriarse y comenzó a tomar forma. Los científicos han inferido que el hidruro de helio fue esta primera molécula primordial.

Una vez que comenzó el enfriamiento, los átomos de hidrógeno podrían interactuar con el hidruro de helio, lo que llevó a la creación de hidrógeno molecular, la molécula principalmente responsable de la formación de las primeras estrellas. Las estrellas forjaron todos los elementos que componen nuestro rico cosmos químico de hoy. El problema, sin embargo, es que los científicos no pudieron encontrar hidruro de helio en el espacio. Este primer paso en el nacimiento de la química no estaba probado hasta ahora.

“La falta de evidencia de la existencia misma del hidruro de helio en el espacio interestelar fue un dilema para la astronomía durante décadas”, dijo Rolf Guesten del Instituto Max Planck de Radioastronomía, en Bonn, Alemania, y autor principal del artículo.

El hidruro de helio es una molécula delicada. El helio en sí es un gas noble, por lo que es muy poco probable que se combine con cualquier otro tipo de átomo . Pero en 1925, los científicos pudieron crear la molécula en un laboratorio persuadiendo al helio para que compartiera uno de sus electrones con un ion de hidrógeno.

Luego, a fines de la década de 1970, los científicos que estudiaban la nebulosa planetaria llamada NGC 7027 pensaron que este entorno podría ser el adecuado para formar hidruro de helio. La radiación ultravioleta y el calor de la estrella envejecida crean las condiciones adecuadas para que se forme hidruro de helio. Pero sus observaciones no fueron concluyentes. Los esfuerzos posteriores insinuaron que podría estar allí, pero la molécula misteriosa continuó eludiendo la detección. Los telescopios espaciales utilizados no tenían la tecnología específica para captar la señal de hidruro de helio de la mezcla de otras moléculas en la nebulosa.

En 2016, los científicos acudieron a SOFIA en busca de ayuda. Volando hasta 45.000 pies, SOFIA realiza observaciones sobre las capas interferentes de la atmósfera terrestre. Pero tiene una ventaja que los telescopios espaciales no tienen: regresa después de cada vuelo.

“Podemos cambiar 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 urgentes que los científicos quieren responder”.

Una actualización reciente a uno de los instrumentos de SOFIA llamado Receptor Alemán en Frecuencias de Terahercios, o GRAN, agregó el canal específico para hidruro de helio que los telescopios anteriores no tenían. El instrumento funciona como un receptor de radio. Los científicos sintonizan la frecuencia de la molécula que están buscando, similar a sintonizar una radio FM en la estación correcta. Cuando SOFIA subió a los cielos nocturnos, los científicos ansiosos estaban a bordo leyendo los datos del instrumento en tiempo real. La señal de hidruro de helio finalmente llegó fuerte y clara.

“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.

SOFIA, el Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja, es un avión Boeing 747SP modificado para llevar un telescopio de 106 pulgadas de diámetro. Es un proyecto conjunto de la NASA y el Centro Aeroespacial Alemán, DLR. El Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley de California gestiona el programa SOFIA, la ciencia y las operaciones de la misión en cooperación con la Asociación de Investigación Espacial de Universidades con sede en Columbia, Maryland, y el Instituto Alemán SOFIA (DSI) de la Universidad de Stuttgart. La aeronave se mantiene y opera desde el Armstrong Flight Research Center Building 703 de la NASA, en Palmdale, California.

Publicación: Rolf Güsten, et al., “Detección astrofísica del ion hidruro de helio HeH +”, Nature volumen 568, páginas 357–359 (2019)

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