Our website does not support Internet Explorer.

To get the best experience on our website and of our content, please use a more modern browser like Edge, Chrome, Safari or similar.

Flygande teleskop på en jumbojet

Nebulosa avslöjar universums första molekyl

I 22 år har astronomer sökt efter de tidigaste molekylerna i universum, som enligt teorin uppstod 380 000 år efter stora smällen. Nu har ett flygande teleskop hittat spår efter urmolekylerna som visar hur stjärnor och galaxer uppstod.

Carla Thomas/NASA

Från en jumbojet med inbyggt teleskop skannar astronomer långsamt och metodiskt av en del av himlen efter våglängder av infraröd strålning, ungefär som när en bilradio letar efter en radiokanal med en viss frekvens.

Tre gånger har teleskopet SOFIA skannat himlen efter strålning i den våglängd som molekylen heliumhydrid avger.

2016 fick forskarna äntligen träff. Molekylen består av en helium- och en väteatom och spelar en viktig roll i universums utvecklingshistoria.

Den enkla molekylen är nämligen enligt teorier den första byggstenen i universum.

Heliumhydrid bildade senare vätemolekyler som efter stora smällen samlades i enorma moln som gav upphov till universums första stjärnor och galaxer.

Därmed inledde urmolekylen den process som sedan skapade de flesta grundämnen, planeterna och allt liv. Trots ihärdiga försök kunde man inte hitta urmolekylen, vilket gjort att det uppstått tvivel runt teorierna för universum.

Molekyl gömmer sig i många år

I cirka 95 år har astronomerna vetat vad de har letat efter. 1925 visade laboratorieförsök att ädelgasen helium, som normalt inte gärna reagerar med andra atomer, kan reagera med en vätekärna.

Samman-smältningen bildar den stabila jonen heliumhydrid – HeH+ – som enligt astronomerna är universums första molekyl.

Sedan slutet på 1970-talet har forskarna också känt till den perfekta platsen att leta efter molekylen: Nebulosan NGC 7027.

Nebulosa med den första molekylen iuniversum

All kemi i universum började med den enkla molekylen heliumhydridjon. Astronomer har nu för första gången hittat denna i en nebulosa som liknar det glödheta unga universum.

© Judy Schmidt/HST/ESA/NASA/Claus Lunau

Nebulosan är bara 3 000 ljusår bort och omger en varm och starkt lysande, vit dvärgstjärna. Stjärnan liknade tidigare solen, men svällde till en röd jättestjärna.

För 600 år sedan skickade den ut sina yttre lager i rymden och blev en vit dvärg omgiven av ett tätt gasmoln.

Med energirik strålning och en temperatur på 4 000 grader påminner molnets förhållanden om det unga universum där urmolekylen uppstod.

Trots upprepade försök kunde man dock inte hitta molekylen i nebulosan.

De två rymdteleskopen Infrared Space Observatory och Spitzer har båda tidigare letat efter heliumhydrid utan framgång eftersom jonens våglängd på 149,137 mikrometer är så nära våglängden för en molekyl av kol och väte i nebulosan. Nu har astronomer dock hittat beviset.

SOFIA hittar viktigt bevis

Observationerna gjordes från en Boeing 747 där bakkroppen förstärkts för att klara belastningarna när astronomerna på 13 700 meters höjd öppnar en fyra kvadratmeter stor dörr på sidan.

Härifrån har det 2,5 meter stora teleskopet Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy fri utsikt mot rymdens infraröda värmestrålning som inte kan ses från jorden eftersom vattenångan i vår atmosfär absorberar strålningen.

SOFIA:s spektrometer kan tydligt se heliumhydrids våglängd på 149,137 mikrometer. Tidigare mätningar stördes av en annan molekyl med en våglängd på 149,09 mikrometer.

© Carla Thomas/NASA/Lasse Lund-Andersen

Flygande teleskop hittar urmolekylen i massor

Teleskopet SOFIA är inbyggt i en jumbojet och utvecklat för söka efter universums första molekyl, heliumhydrid. Molekylen avger infraröd värmestrålning som inte kan ses från jorden eftersom vattenånga i atmosfären absorberar strålningen. Eftersom planet flyger på 12–14 kilometers höjd är teleskopet ovanför 99 procent av vattenångan och SOFIA har därför nästan lika bra utsikt som ett rymdteleskop.

Det 2,5 meter stora teleskopet uppdateras också löpande, 2015 får det en ny spektrometer som kan söka efter en extremt specifik våglängd. Med den nyligen uppdaterade utrustningen kan SOFIA observera strålningen från heliumhydrid i nebulosan NGC 7027, där astronomerna hittat 3 000 av molekylerna per kubikmeter.

SOFIA har flugit i många år, men först 2016 fick forskarna bingo. SOFIA utrustades då med en ny tysk spektrometer med ultrahög upplösning, som kan skilja mellan infraröda våglängder precis intill varandra.

Med spektrometerns precision kunde SOFIA uppfatta en klar och otvetydig signal från heliumhydrid i nebulosan NGC 7027.

Genombrottet har sedan bekräftats med två andra flygningar och nebulosan har observerats i totalt 71 minuter.

Beviset på molekylens existens i rymden ger stöd för astronomernas teori att helium och väte gav den första kemiska bindningen mellan två atomer genom delade elektroner, en så kallad kovalent bindning.

”Nu kan vi äntligen undanröja alla tvivel om hur den första molekylen uppstod och satte igång kemiska reaktioner i det unga universum,” sa forskningsledaren Rolf Güsten på Max-Planck-Institut für Radioastronomie i Bonn efter publicering av forskargruppens resultat 2019.

VIDEO: SOFIA upptäcker universums första molekyl

Credit: NASA/Ames Research Center

Urmolekyl gav vätemoln

Nästa reaktion inträffade när heliumhydrid och fria vätekärnor skapade vätemolekyler, H2, och neutrala heliumatomer. Det banade väg för universums 200 miljarder galaxer och biljontals stjärnor.

Vätemolekylerna samlades i enorma gasmoln som kollapsade cirka 200 miljoner år efter stora smällen och därmed gav de första dvärggalaxerna.

Galaxerna bestod av jättestjärnor som var kortlivade och slutade i gigantiska supernovaexplosioner som slungade ut det mesta av sin massa i rymden

Universums första molekyl blev startskott för stjärnorna

I 380 000 år efter stora smällen var universum så hett att atomkärnor och elektroner hela tiden ombildades från partiklar till strålning och till partiklar igen.

När temperaturen sjönk till under 4 000 grader kunde atomer av helium och väte förena sig till universums första molekyl – heliumhydrid.

Föreningen blev startskottet för bildandet av enorma moln av vätemolekyler som blev de första stjärnorna och galaxerna.

Bortsett från väte, helium och litium, som bildades vid stora smällen, har alla grundämnen upp till uran skapats i stjärnor och skickats ut i nebulosor.

Sedan har grundämnena reagerat med varandra och bildat förstadier till biologiska molekyler, som metanol och sockerämnen.

Människokroppens viktigaste byggstenar, syre, kol, kväve, kalcium och fosfor kommer alla från stjärndimmor.

Instrumentet GREAT

SOFIA:s spektrometer måste kylas ned till den absoluta nollpunkten för att göra mätningar. Instrumentet heter GREAT – German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies.

© Carla Thomas/NASA

Utan den enkla urmolekylen av helium och väte hade varken stjärnor, planeter eller jordens växter och djur någonsin uppstått.

Astronomerna har med fyndet av molekylen fått ett viktigt mellansteg i teorierna om de första stegen i universums utveckling. Nästa steg blir att observera molekylen mer ingående i äldre och mer avlägsna nebulosor.

Läs också:

Oumuamua i rymden
Universum

Forskare: Mystiskt objekt är ett rymdisberg

7 minuter
Teleskop

Spitzerteleskopet går i pension

3 minuter
Exoplaneter

Astronomer hittar kopia av jorden och solen

3 minuter

Logga in

Ogiltig e-postadress
Lösenord behövs
Visa Dölj

Redan prenumerant? Prenumererar du redan på tidningen? Klicka här

Ny användare? Få åtkomst nu!

Nollställ lösenord.

Skriv in din e-postadress, så skickar vi anvisningar om hur du återställer ditt lösenord.
Ogiltig e-postadress

Kontrollera din e-post

Vi har skickat ett e-postmeddelande till med instruktioner om hur du återställer ditt lösenord. Kontrollera ditt skräppostfilter om meddelandet inte har kommit.

Uppge nytt lösenord.

Skriv in ett nytt lösenord. Lösenordet måste ha minst 6 tecken. När du har upprättat ditt lösenord blir du ombedd att logga in.

Lösenord behövs
Visa Dölj