Физики в международной коллаборации установили, что концентрация ионов гидрида гелия (HeH+) – ключевых молекул для появления первых звезд – существенно превысила предсказания теоретических моделей, сообщает пресс-служба ИФП СО РАН. Эксперимент, проведенный в Институте ядерной физики общества им. Макса Планка (Германия), объединил усилия ученых, включая специалистов Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН.
Газ, давший жизнь первым звездам, содержал молекулы водорода (H2), протодейтерия (HD), ионов гидрида гелия (HeH+) и гидрида лития (LiH). Ионам HeH+, обладающим самым сильным дипольным моментом, отводится решающая роль в охлаждении газовых облаков до температур, при которых начинается их гравитационный коллапс и рождение звезд. Поэтому знание их концентрации в ранней Вселенной критически важно. Эта концентрация зависит от вероятности распада HeH+ на атомы гелия и водорода при столкновении с электронами. Ранние измерения проводились при комнатной температуре, тогда как эпоха формирования первых звезд характеризуется экстремальным холодом около 6 К (-267°С). Именно в этих условиях концентрация HeH+ оказалась гораздо выше ожидаемой.
Столь сложные измерения при 6 К стали возможны благодаря уникальной установке в Гейдельберге – криогенному кольцевому накопителю ионов Cryogenic Storage Ring (CSR). Ионы HeH+ циркулировали внутри кольца CSR без столкновений сотни секунд, а затем взаимодействовали с пучком специально подготовленных "холодных" электронов, двигавшихся синхронно с ионами. Возникающие соударения приводили к нейтрализации ионов и их распаду. Детектирование нейтральных атомов водорода и гелия вместе с их энергиями и углами вылета показало поразительное несоответствие: скорость распада HeH+ оказалась примерно в 80 раз медленнее, чем считалось ранее.
Вклад Института физики полупроводников СО РАН оказался ключевым для успеха миссии. Исследователи создали миниатюрный полупроводниковый излучатель, генерирующий пучки "холодных" электронов с исключительно малым разбросом скоростей. Эти электроны использовались для одновременного охлаждения ионного пучка и для нейтрализации ионов HeH+ с последующим их распадом. Полупроводниковый эмиттер был разработан и изготовлен в ИФП СО РАН большим коллективом исследователей института.
Результаты этих лабораторных исследований уникальных процессов рождения первых молекул Вселенной получены как нельзя более вовремя. Буквально на пороге запуск орбитальной обсерватории "Джеймс Уэбб", наследницы "Хаббла". Основная цель "Джеймса Уэбба" – поиск и изучение излучения от первых звезд и галактик, возникших после Большого взрыва. Совместный анализ земных экспериментов и космических наблюдений откроет новую главу в понимании физических механизмов, управлявших эволюцией нашей Вселенной в самую зарю ее истории.
На фото: источник электронов, разработанный в ИФП СО РАН/Пресс-служба ИФП СО РАН
Источник: scientificrussia.ru
