尽管经过了长期的理论推导,但是氢化氧从来没有被观测到。今年,氢化氦在一个年轻的星云中被观测到了。

宇宙质量氢和氦(宇宙形成时的第一种分子)(1)

图解:宇宙历史上的第一个分子键发生在温度下降到4000开尔文的时候。

在距离地球3000光年的一个年轻的行星状星云中,科学家首次发现了宇宙中形成的第一个分子键。

这一发现为描述大爆炸之后不久发生的事件的标准模型提供了强有力的证据,并被发表在了《自然》杂志上。

宇宙质量氢和氦(宇宙形成时的第一种分子)(2)

图解:x射线/光学合成的猫眼星云(NGC 6543)的影像。

从某种意义上说,大约140亿年前大爆炸之后不久的时期,其化学过程很简单。首先出现的是元素中最轻的离子——主要是氢和氦,还有少量的锂和铍。

当温度开始下降到4000开时,这些离子开始与自由电子结合,形成中性原子。之后,中性氦原子与质子结合形成氦氢化物——宇宙历史上的第一个分子键。

宇宙质量氢和氦(宇宙形成时的第一种分子)(3)

这是一段短暂的婚姻,结合导致了氢化氦的破坏,并为氢分子的形成奠定了化学基础。

目前为止,一切都很简单明了,尽管早在1925年的实验室里就分离出了这种分子组合,但直到现在,人们还从未在太空中观察到它。

罗尔夫·古斯顿,来自德国波恩的马克斯·普朗克射电天文研究所,他带领的研究人员报告说,他们在一个名为NGC 7027的遥远行星状星云中成功发现了这种难以捉摸的离子。

宇宙质量氢和氦(宇宙形成时的第一种分子)(4)

图解:NGC 7027是一个极为年轻,且物质极为致密的行星状星云,距离地球约3000光年(920秒差距),位于天鹅座。该星云于1878年由让·玛琏·爱德华·史提芬使用马赛天文台口径31英寸望远镜发现,是最小的行星状星云之一,也是至今最被广泛研究的。

这一发现是在Güsten和他的同事分析了2016年由飞行设备上的高分辨率光谱仪收集的数据后得出的。该设备被称为索菲亚平流层红外天文观测站,是美国宇航局和德国航空航天中心的合资企业。

NGC 7027是寻找氢化氦的主要目标,因为它是一个非常年轻的星云并且有化学条件,因此,它与早期宇宙中存在的物质有一定的相似性。

宇宙质量氢和氦(宇宙形成时的第一种分子)(5)

研究人员说,在现代社会,分子键的重要性有限。然而,“宇宙的化学始于这种离子”。

他们写道:“证明它确实存在于星际空间的确凿证据的缺乏,一直是天文学的难题。”

“在这里报道的这个明确的发现,最终使长达数十年的搜寻工作终于画上了圆满的句号。”

NGC 7027是最明亮的行星状星云之一。它大约有600年的历史了。

它非常小,只有0.2 * 0.1光年,而行星状星云的典型尺寸是1光年。它的形状非常复杂,它由一个巨大的中性云中电离气体的椭圆区域组成,内部结构被半透明的气体和尘埃包围。该星云的形状像一个长椭球形的外壳,并包含一个形似“三叶草叶”的光解区。 NGC 7027正在以每秒17公里(11英里/秒)的速度扩张。NGC 7027的中心区域已经被发现会发射x射线,这表明它温度很高。围绕着椭球状星云的是一系列暗淡的蓝色同心壳。

宇宙质量氢和氦(宇宙形成时的第一种分子)(6)

NGC 7027的中心白矮星可能有一个吸积盘,它是高温的来源。人们认为白矮星的质量大约是太阳质量的0.7倍,辐射的亮度是太阳亮度的7700倍。NGC 7027目前正处于行星状星云演化的一个短阶段,在这个阶段中,其外层的分子被分解成其组成原子,原子被电离。

宇宙质量氢和氦(宇宙形成时的第一种分子)(7)

NGC 7027膨胀晕的质量大约是太阳质量的三倍,比电离中心区的质量大100倍。NGC 7027的质量损失提供了重要的证据,证明质量比太阳大几倍的恒星可以避免在超新星爆炸中被摧毁。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. ANDREW MASTERSON- cosmosmagazine-停云

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