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  • April 14, 2021

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¡Al fin se encuentra la primera molécula del Universo! Eso es lo que los titulares han proclamado esta semana, ya que se ha observado una sustancia hasta ahora difícil de conseguir conocida como hidruro de helio (HeH+).

Cuando el Universo aún era muy joven, solo existían unos pocos tipos de átomos. Los astrofísicos creen que alrededor de 100.000 años después del Big Bang, los átomos de hidrógeno ionizado (cargados) y helio se combinaron para crear el ion hidruro de helio por primera vez. Esta molécula debería estar presente en algunas partes del universo moderno, pero había escapado a la detección, hasta ahora. Si bien puede no presentar las oportunidades fotográficas de un agujero negro, el hidruro de helio ha sido crucial en la formación del universo conocido.

Átomos chocando

Cuando el HeH+ se formó por primera vez, hace más de 13,8 mil millones de años, todavía no había mucho del universo actual y estaba muy caliente, todo lo que existía eran algunos tipos de átomos, principalmente helio e hidrógeno chocando entre sí. El helio se combinó primero con electrones libres para formar un átomo neutro, mientras el hidrógeno continuaba con su carga positiva (protón), según el estudio publicado en la revista Nature.

Así que un día, los átomos de helio se combinaron con estos protones formando el hidruro de helio (HeH+) a 3.700 grados Centígrados, ¡unas 10 veces la temperatura de su horno! Formando el primer enlace del universo. El HeH+ es una molécula estable con carga positiva y el ácido más fuerte conocido en la Tierra, que se sintetizó por primera vez en el laboratorio en 1925, los químicos pudieron crearlo al “obligar” al helio a compartir uno de sus electrones con un ion hidrógeno. Los científicos no pueden rebobinar el tiempo para buscar esta molécula incipiente donde nació, pero sabemos dónde buscarla en las partes del universo moderno que mejor reproduzca esas condiciones.

Durante los albores de la química, cuando se comenzó a crear el hidruro de helio, el universo se fue enfriando y expandiendo, moldeando al universo conocido. Más tarde, los átomos de hidrógeno pudieron interactuar con el hidruro de helio y crearon hidrógeno molecular (H2), un ingrediente crucial en la formación de las primeras estrellas. Las estrellas siguieron forjando todos los elementos que conforman nuestro rico y químico cosmos de hoy. El problema, sin embargo, es que los científicos no podían encontrar HeH+ en el espacio.

Un dilema durante décadas

Este primer paso en el nacimiento de la química no estaba probado. Rolf Guesten, investigador del Instituto Max Planck de Radioastronomía dijo: “La falta de evidencia de la existencia misma de HeH+ en el espacio interestelar fue un dilema para la astronomía durante décadas”. Es necesario aclarar que el hidruro de helio que se encontró no proviene de esos primeros tiempos. De hecho, el 100% del hidruro de helio que se formó fue destruido permanentemente hace mucho tiempo atrás. Entonces, ¿cómo lo encontraron los científicos?

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A fines de la década de 1970, los astrónomos que estudiaban NGC 7027 pensaron que este entorno podría ser el adecuado para formar HeH+. La radiación ultravioleta y el calor de una estrella moribunda crearían las condiciones adecuadas para que se formara. Pero sus observaciones no fueron concluyentes. Los esfuerzos posteriores indicaron que podría estar allí, pero HeH+ siguió eludiendo la detección. Más recientemente, en 2016, un equipo de investigadores de los EE. UU., Alemania y Francia descubrieron su “huella” en esta nebulosa planetaria ubicada a unos 3.000 años luz de distancia en la constelación Cygnus (el cisne o cruz del norte), utilizando el Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja de la NASA (SOFIA). “El HeH+ estaba a la espera, pero necesitábamos los instrumentos adecuados para hacer las observaciones en la posición correcta y SOFIA pudo hacerlo perfectamente”, dijo Harold Yorke.

Sintonizando el HeH+

Volando a una altitud de 13,7 km, SOFIA realizó observaciones a través de la atmósfera de la Tierra. Tiene un telescopio de 2,5 metros de ancho y un instrumento de radio llamado Receptor Alemán para Astronomía en las frecuencias de Terahertz (GREAT) montado en un avión Boeing 747SP. Si bien no puede acercarse tanto a los objetos en el espacio como el telescopio Hubble, tiene una gran ventaja: puede regresar a la Tierra para cambiar sus instrumentos e instalarle la última tecnología. Los científicos pudieron alterar GREAT al agregar un canal específicamente orientado hacia el hidruro de helio, debido a que el HeH+ emite su línea espectral más fuerte a una frecuencia de 2 THz y la atmósfera de nuestro Planeta puede bloquearla, por lo que tomó varios años de avances tecnológicos para sintonizar las frecuencias generadas por las moléculas de hidruro de helio.

Una de las experiencias que podemos aprender de todo esto, es que hay un valor increíble en estar al límite entre la astronomía terrestre y la astronomía espacial. Ir al espacio es genial porque ya no necesitas lidiar con los efectos de interferencia de la atmósfera de la Tierra. Mantenerse en tierra es excelente porque no tienes que pagar los costos de lanzamiento, el tamaño de su telescopio no está limitado por el tamaño del vehículo de lanzamiento y sus instrumentos son actualizables. Un instrumento único como SOFIA nos da lo mejor de ambos mundos.

Foto: https://www.muyinteresante.es

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