24 augustus 2019

Eerst gevormde molecuul in het universum waargenomen

Na een decennialange zoektocht hebben astronomen van het Max Planck Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn o.l.v. Rolf Güsten, eindelijk het allereerste molecuul gevonden dat ooit in het universum is gevormd. Het helium hydride-ion (HeH +) is lange tijd een belangrijk theoretisch onderdeel geweest van hoe de chemie van de kosmos begon, maar de schijnbare afwezigheid in de ruimte had wetenschappers toch de nodige twijfels bezorgd. Nu is het eerste ondubbelzinnige bewijs gevonden van het molecuul in een planetaire nevel. Kort na de oerknal domineerden waterstof en helium het jonge universum. Uiteindelijk werden neutrale heliumatomen gecombineerd met geïoniseerd waterstof om HeH + te vormen, wat mogelijk het eerste type molecuul zou zijn geweest uit de beschikbare ingrediënten. Dat opende op zijn beurt weer verschillende combinaties die geleidelijk aan de chemische bibliotheek vormen zoals tot op heden ons bekend.

Planetaire nevel NGC 7027 waar de eerste detectie van het helium hydride ion molecuul gevonden werd credits; Hubble NASA/ESA Judy Schmidt.

In zoverre de theorie, maar de bevestiging dat dat zo was, is wetenschappers al tientallen jaren ontgaan. HeH + werd voor het eerst geproduceerd in het laboratorium in 1925, maar ondanks de verwachting dat het van nature overvloedig aanwezig zou zijn in het interstellaire medium, was het molecuul tot nu toe nooit waargenomen. “De chemie van het universum begon met HeH +”, zegt Rolf Güsten , eerste auteur van de studie ‘Astrophysical detection of the helium hydride ion HeH+’ dat in april in Nature verscheen*.  “Het ontbreken van definitief bewijs van zijn bestaan in de interstellaire ruimte is al heel lang een dilemma voor de astronomie.” Het probleem is dat HeH + zijn sterkste spectraallijn afgeeft met een frequentie van 2,01 THz, die de atmosfeer van de aarde kan blokkeren. Om dit probleem te omzeilen, hebben wetenschappers het Stratospheric Observatory van NASA voor infraroodastronomie gebruikt  SOFIA die de kosmos kan scannen vanuit haar ‘nest’ die geherbergd is aan boord van een Boeing 747SP. Dit mobiele observatorium klimt naar een hoogte van bijna 14 km en kan een helder beeld krijgen van de vereiste infrarode golflengten. En inderdaad, met SOFIA zag het team de veelbetekenende spectrale signatuur van HeH + in de planetaire nevel NGC 7027. “De ontdekking van HeH + is een fraaie demonstratie van de natuurs neiging om moleculen te vormen “, zegt David Neufeld, co-auteur van het artikel.

HeH+ spectrum detectie door SOFIA credits; compositie NIESYTO design; NGC 7027: William B. Latter, SIRTF Science Center/Caltech, en NASA/ESA ; spectrum: Rolf Güsten/MPIfR

“Ondanks de weinig belovende ingrediënten die er beschikbaar zijn, een mengsel van waterstof met het niet-reactieve edelgas helium, en in een barre omgeving bij duizenden graden Celsius, vormt zich een fragiel molecuul.” Bron; New Atlas/**Max Planck Institute for Radio Astronomy

*https://www.nature.com/articles/s41586-019-1090-x

**https://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressreleases/2019/5

Reacties

  1. Filip D'heer zegt

    De vraag die me bij deze berichten blijft bezighouden is hoe een edelgas als helium ( dat op zichzelf voldoende stabiel is) toch nog kan reageren met een waterstof-ion? Ik had altijd gedacht dat dit voor een edelgas onmogelijk was. Weet iemand hoe dit mogelijk is?

    • Dat schijnt te kunnen via een proces dat radiatieve associatie heet. Wanneer het waterstof en helium zich op die manier binden wordt een foton uitgezonden.

    • Bij het aangaan of veranderen van chemische verbindingen, worden beschikbare electronen anders over de bestaande atoomrompen en schillen verdeeld.
      Onder normale (Aardse) omstandigheden zijn edelgassen inderdaad stabiel, en gaan geen verbinding aan met andere atomen, vooral omdat er wel andere meer voor de hand liggende opties zijn.

      Maar onder extreme omstandigheden kunnen protonen (= Waterstofkern) best een electron samen met een Helium atoom delen. En dan heb je al een verbinding.
      [ In waterig milieu zou een proton direct met water reageren tot H3O+ , een component die jij op je tong ogenblikkelijk zou herkennen als ‘zuur’. ]

      De ‘electronegatieviteit’ van een Waterstofkern is zo groot dat die een electron van Helium kan delen, onder de juiste omstandigheden.

      Groet, Paul

  2. Eén aanvulling op de blog: zoals Ethan Siegel zegt op z’n website Starts with a Bang is het helium hydride-ion (HeH +) weliswaar het eerste molecuul dat zich gevormd heeft in het heelal, maar wat ze in NGC 7027 hebben gezien is niet helium hydride uit dat vroege heelal, maar helium hydride dat zich véél later gevormd heeft, in de buurt van stervende sterren waar geïoniseerd waterstof in kontakt komt met neutraal heliumgas.Het oer-helium hydride van kort na de oerknal was al na 500.000 jaar verdwenen, dus 13,8 miljard jaar geleden.

  3. Arie,

    je schrijft over de eerste(!) chemische reactie, maar zou die ‘eer’ niet vallen aan de covalente binding van 2 waterstof atomen ?

    H + H -> H2

    In den beginne waren er voldoende waterstofatomen, dunkt mij. 😉

    Groet, Paul

    • Paul, de blog is van Angèle, niet van mij. Ere wie ere toekomt.

      • Ach, dat had ook al wel gelezen. Dom van mij. 🙁
        De ‘verwarring/mix-up’ ontstond denk ik toen ik met de vraag van Filip bezig was, waar jij ook al op had geantwoord.

        Mijn Excuses naar Arie en Angele.

        Angele,
        heb jij een idee waarom men het HeH+ molecule (eigenlijk is het een radicaal, niet een molecuul) de eerste chemische verbinding noemt? En niet H2, welke naar mijn idee veel waarschijnlijker is?

        Vriendelijke Groet, Paul

        • Angele van Oosterom zegt

          Hoi Paul,
          in het abstract staat het als volgt; ‘Helium atoms combined with these protons into the helium hydride ion HeH+, the Universe’s first molecular bond. As recombination progressed, HeH+ reacted with then neutral hydrogen and created a first path to the formation of molecular hydrogen – marking the beginning of the modern Universe.’, men heeft het i.c. over een moleculaire binding. mvgr Angele

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: