大爆炸后几十万年，宇宙中炽热的“汤”冷却到足以让生命等等最小组成部分第一次结合成原子。温度高达6700华氏度(3700摄氏度)的氦原子聚集在一个质子上（实际上是一个带正电的氢离子）宇宙中第一个分子就形成了：氦合氢离子（HeH+）。科学家们研究这种原始分子的实验室已经将近一个世纪了，但是直到现在，还没有在现代宇宙中发现它的踪迹。在2019年4月17日发表在《自然》上的一项新研究中
天文学家报告了他们使用一架机载望远镜在3000光年外一颗濒死恒星周围气团中探测到氦合氢离子（HeH+）正在闷烧。这一发现最终表明，氦合氢离子（HeH+）是在类似于早期宇宙的条件下自然形成。研究小组在新研究报告中写道：尽管氦离子在当今地球上的重要性有限，但宇宙的化学始于这种离子，这里报道的这一明确发现，使数十年的搜索终于有了一个圆满结局。
宇宙中的第一个分子
氦合氢离子（HeH+）是地球上已知最强的酸，1925年在实验室中首次合成。因为它是由氢和氦构成，氢和氦是宇宙中最丰富的两种元素，也是138亿年前大爆炸后最先出现的元素。科学家们早就预测，当冷却的宇宙允许质子、中子和电子在原子中存在时，这种分子是第一个形成的。科学家们不能让宇宙倒转到它诞生的地方去寻找这个新生分子，但是可以在现代宇宙中最能复制那些超热、超密度条件的地方去寻找它——在那些从垂死恒星中爆炸出来的由气体和等离子体组成的年轻星云中。这些所谓的行星状星云是在类日恒星生命结束时形成，它们会爆炸掉外壳，收缩成白矮星，慢慢冷却成水晶球。
天文学家们刚刚发现了氦氢化物存在的证据，氦氢化物是宇宙中第一个形成的分子，它围绕着一个像这样的遥远行星状星云旋转，这张紫外线图像是行星状星云NGC 7293，也被称为螺旋星云。图片：NASA/JPL-Caltech/SSC
当这些垂死的恒星冷却下来时，它们仍然会释放出足够的热量，将附近的氢原子的电子剥离，将这些原子变成形成氢离子所必需的裸质子。即使是在离地球最近的行星状星云中探测到HeH+也是一件棘手事情，因为它发出的红外线波长很容易被地球大气层所掩盖。在这项新研究中，研究人员通过安装在一架名为索菲亚(SOFIA)移动飞机上的高科技望远镜(平流层红外天文观测站)绕过了这片大气阴霾。在三次飞行中，该团队将索菲亚的望远镜对准了距离地球约3000光年的行星状星云NGC 7027。这颗星云的中心恒星是已知天空中最热的恒星之一，据估计，它在大约600年前才褪去外层外壳。
研究人员在行星状星云NGC 7027中探测到HeH+分子发出红外线，NGC 7027是一个距离地球约3000光年的炽热致密星云。图片：NIESYTO design, William B. Latter and Rolf Güsten and NASA/ESA
因为周围的星云是如此炙热、年轻和紧凑，所以它是一个寻找氢离子波长的理想地点。据研究人员称，这正是索菲亚发现它们的地方。探测到一颗濒死恒星周围的氦合氢离子（HeH+）红外特征，标志着它在现代宇宙中存在的第一个“确凿证据”，并证实了之前有关这种稀有分子最早形成的理论。研究报告的撰写者之一、巴尔摩约翰霍普金斯大学的大卫纽菲尔德教授在一份声明中说：氦合氢离子（HeH+）发现是大自然形成分子趋势生动而美丽的证明。尽管现有的成分前景渺茫，氢和惰性惰性气体氦的混合物，以及数千摄氏度的恶劣环境，一个脆弱的分子形成了。
博科园｜文: Brandon Specktor/Live Science
参考期刊《自然》
DOI: 10.1038/s41586-019-1090-x
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