科学家成功重现宇宙中最早形成的分子

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原作：Perri Thaler

翻译：张家媛

编排：邓宇

后台：李子琦

https://www.space.com/astronomy/scientists-just-recreated-the-universes-first-ever-molecules-and-the-results-challenge-our-understanding-of-the-early-cosmos

太空中水分子的艺术示意图

（图片来源：ESO/L. Calçada, M. Kornmesser）

研究人员首次通过模拟早期宇宙的环境，成功重现了宇宙中最早形成的分子。

这一发现动摇了我们对早期恒星起源的理解，并且“要求重新评估早期宇宙中的氦元素化学过程”，研究团队在 7 月 24 日发表于 《天文学与天体物理学》（Astronomy and Astrophysics） 的最新论文中写道。

宇宙中的第一批恒星

在 138 亿年前的大爆炸之后，宇宙经历了极端的高温。几秒钟后，温度逐渐下降，才允许氢和氦这两种最初的元素形成。数十万年后，随着温度进一步降低，这些原子与电子结合，以多种不同的方式构成了最早的分子。

根据研究人员的说法，第一个形成的分子是氦氢离子（HeH⁺）。这种离子是合成分子氢（即如今宇宙中最丰富的分子）的必要前提。

研究人员指出，无论是氦氢离子还是分子氢，都在数亿年后第一批恒星的形成过程中发挥了关键作用。

要使原恒星开始进行核聚变—— 即恒星产生自身能量的过程 —— 其中的原子和分子必须发生碰撞并释放热量。但在低于1.8 万华氏度（约 1 万摄氏度）的环境下，这一过程效率极低。

然而，氦氢离子却特别擅长在较低温度下维持这一过程，因此被认为可能是早期宇宙恒星形成的核心因素之一。

因此，宇宙中氦氢离子的含量，很可能对早期恒星形成的速度和效率产生了重要影响，研究人员在声明中表示。

比先前假设的更为重要

在这项新研究中，研究人员通过一种方法重现了早期的氦氢反应：他们将氦氢离子储存在-449 华氏度（约 -267 摄氏度）的极低温环境中长达 60 秒，以冷却离子，然后再让它们与重氢发生碰撞。研究人员研究了这些碰撞 —— 类似于恒星核聚变的“点火”过程 —— 如何随着粒子温度的变化而改变。

结果显示，这些粒子之间的反应速率在低温下并不会减慢，这一发现与以往的理论假设相矛盾。

“以往的理论预测，在低温下反应概率会显著降低，但无论在实验还是新的理论计算中，我们都未能验证这一点。” 该研究的合著者、德国马普核物理研究所的核物理学家 Holger Kreckel 在声明中表示。

这一关于氦氢离子作用机制的新发现，挑战了物理学家们对早期宇宙恒星形成的既有认知。Kreckel 指出，这些离子与其他原子之间的反应“在早期宇宙化学中所扮演的角色，似乎远比此前设想的重要得多。”

责任编辑：陈玮菁

牧夫新媒体编辑部

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