Evrenin İlk Molekülü, Yıldız Oluşumunda Sessiz Bir İzleyici Değilmiş

Evrenin bilinen ilk molekülü olan helyum hidrür (HeH⁺), bilim dünyasını bir kez daha şaşırtmayı başardı.

Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü'nden (MPIK) araştırmacılar, HeH⁺ molekülünün beklenmedik bir kimyasal davranış sergilediğini ortaya koydu. Heidelberg’deki ekip, söz konusu antik molekülün, evrenin erken dönemini taklit eden aşırı düşük sıcaklıklarda dahi kimyasal olarak tepkimeye girmeye devam ettiğini gösterdi. Bu bulgu, ilk yıldızların nasıl oluştuğuna dair uzun süredir kabul gören varsayımları sorgulatıyor.

Büyük Patlama Koşulları CSR Laboratuvarında Tekrar Edildi

Araştırmacılar, HeH⁺ molekülünün Büyük Patlama sonrasında nasıl davrandığını anlamak amacıyla, Heidelberg’deki Cryogenic Storage Ring (CSR) tesisinde erken evren koşullarını laboratuvar ortamında yeniden yarattı. CSR, yalnızca birkaç Kelvin derecede çalışan ve gerçek uzay ortamını taklit edebilen dünyadaki tek tesistir.

Deney sırasında, depolanmış HeH⁺ iyonları, nötr döteryum atomlarından oluşan bir ışınla çarpıştırıldı. Böylece molekülün ultra-soğuk sıcaklıklardaki ilk reaktivite ölçümleri gerçekleştirildi.

Helyum atomu ile bir protondan oluşan HeH⁺, Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra oluşan ilk moleküldür. Kimyasal bağlanmanın evrendeki başlangıç noktası olan molekül, yıldızları besleyen moleküler hidrojenin (H₂) oluşumunun da temelini oluşturur.

Pasif Rol Varsayımı Artık Geçerli Değil

On yıllardır bilim insanları, HeH⁺ molekülünün protogezegenlerin ve protostellar bulutların soğuması sürecinde yalnızca pasif bir rol üstlendiğini varsayıyordu. Ancak MPIK ekibinin elde ettiği yeni deneysel veriler, bu anlatıyı kökten sarsıyor.

Araştırma sonuçları, sıcaklık düştükçe reaktivitenin azalmadığına işaret ediyor. Aksine, HeH⁺ ile döteryum arasındaki tepkime sabit bir hızda devam etti. Bu gözlem, daha önce yapılan teorik tahminlerin aksine bir sonuç ortaya koyuyor.

“Önceki teoriler, düşük sıcaklıklarda tepkime olasılığında belirgin bir düşüş öngörüyordu ancak ne deneylerde ne de teorik hesaplamalarda bunu doğrulayabildik.” diyen MPIK araştırmacısı Dr. Holger Kreckel, yeni bulguların önemine dikkat çekti.

Soğuma Sürecindeki Kritik Rol

Yıldızların oluşmasından önceki "kozmik karanlık çağ" olarak bilinen dönemde, helyum hidrür gibi moleküller, evrenin ilk gaz bulutlarının soğuyarak çökmeye başlaması açısından hayati önem taşıyordu. Bu süreçte etkili bir soğuma olmadan yıldızların oluşması mümkün değildi.

Tekil hidrojen atomları, 10.000°C’nin altındaki sıcaklıklarda ısıyı yeterince verimli şekilde yayamaz. Ancak dipol momentine sahip moleküller —HeH⁺ gibi— ısıyı radyasyon yoluyla uzaklaştırarak bu açığı kapatabilir.

HeH⁺ ayrıca hidrojen atomlarıyla çarpışarak bozulur ve moleküler hidrojenin oluşumuna giden zincir reaksiyonları başlatır. Bu kimyasal dönüşüm zinciri, yıldız oluşumu için kritik bir süreçtir. Yeni deneysel veriler, HeH⁺ molekülünün bu zincirde daha aktif bir oyuncu olduğunu ortaya koyuyor.

Teorilerdeki Hatalar Ortaya Çıkarıldı

MPIK ekibi, teorik fizikçi Yohann Scribano ile birlikte yürüttüğü çalışmada, HeH⁺ davranışlarını öngören eski modellerde yer alan ciddi bir hatayı da tespit etti. Spesifik olarak, molekülün potansiyel enerji yüzeyine dair uzun süredir kabul edilen bir yanlışlık düzeltildi. Bu düzeltme sayesinde simülasyonlar, deneysel verilerle uyumlu hale geldi.

Araştırmanın sonuçları, teorik çalışmalarla birlikte yayımlandı. Bulgular, HeH⁺ molekülünü pasif bir tanık değil, erken evren kimyasının etkin bir yapı taşı olarak yeniden konumlandırıyor.

“HeH⁺’in nötr hidrojen ve döteryum ile tepkimeleri, önceki varsayımların çok ötesinde önem taşıyor gibi görünüyor.” ifadelerini kullanan Kreckel, molekülün yıldızların oluşumuna etkisinin yeniden değerlendirilmesi gerektiğini vurguladı.

‍

‍

‍

‍

‍

‍

Kaynak: https://interestingengineering.com/space/helium-hydride-reactivity-star-formation-test