Ученые впервые детально проанализировали ход «прародительницы» всех химических реакций, взаимодействия водорода с водородом, которое происходило во Вселенной еще до появления других элементов.
Прабабушка химии...: ...И первые звезды
Образование первых звезд глазами художника. Справа внизу – экспериментальная установка, с помощью которой группа Савина проводила и исследовала образование молекулярного водорода

В начале были водород и гелий. Эти элементы, появившиеся в первые минуты с начала самого времени, в последующие миллиарды лет порождают все прочие элементы, составляющие Вселенную. Но и сегодня они доминируют в ней.

Превращения водорода и гелия в более тяжелые элементы происходит на «фабриках звезд», в ходе термоядерных реакций образуются углерод и кислород, магний и кремний, вся Таблица Менделеева. Первыми такими «фабриками» были, конечно, первые звезды, в которых происходили первые превращения атомов.

Но до их появления Вселенная была темной и горячей. Она была полна огромными скоплениями атомов и ионов водорода. Лишь после того, как атомы и ионы взаимодействовали, порождая молекулярный водород и излучая лишний электрон, мироздание стало превращаться в нечто, более-менее похожее на то, что мы видим сегодня.

«Чтобы проследить всю цепочку событий, которые в конце концов привели к современному положению вещей, нам важно понять самые первые этапы», — поясняет Дэниель Савин (Daniel Savin), американский астрофизик. Именно его группа погрузилась в далекое прошлое Вселенной, во время примерно 1 млн лет спустя после Большого Взрыва, и исследовала процесс, в ходе которого облака раскаленной материи (водорода и гелия) остывали, конденсировались и образовывали первые звезды.

Именно взаимодействие атомов и ионов водорода позволяло тем скоплениям остывать достаточно, чтобы началось звездообразование. Но как долго занял этот процесс? Иначе говоря — насколько длинна эта глава истории мира? Ответить в точности пока не получается, хотя работа команды Савина позволяет оценить ход этого процесса.

Воссоздав в лаборатории условия, существовавшие в те далекие годы, ученые смогли оценить скорость прохождения этой реакции водорода с водородом — и по этим данным на порядок уточнить и размеры ее «потомков», первых звезд Вселенной. Ну а дальнейшее включение этих надежных экспериментальных данных в компьютерные и теоретические модели сулит новые открытия.

H- + H → H2 + е-

Действительно, хотя внешне это соединение выглядит крайне простым взаимодействием, механизм его не слишком хорошо изучен. Савин и его команда были немало удивлены тем, как на самом деле быстро протекает эта реакция. «Это означает, что формирование первых звезд могло занять куда меньше времени, чем кто-либо мог предполагать», — поясняет ученый.

Представьте, что мы имеем данные о скоплении ионов и атомов водорода в той молодой Вселенной. Сможет ли оно создать достаточно молекулярного водорода и остыть, будут ли в нем появляться звезды, какие и когда их ожидать? До сих пор на эти вопросы отвечали, исходя из чисто теоретических оценок главной реакции, приведенной выше. Работа Савина дает подобному анализу куда более надежную экспериментальную основу — да и приводит к иным результатам.

А результат важен хотя бы потому, что ход этого взаимодействия определяет и главную характеристику получившихся в итоге звезд — их размеры. А размеры звезд, в свою очередь, определяют протекание термоядерных взаимодействий и синтез продуктов, всех остальных элементов, заполняющих Вселенную и составляющих наши с вами тела.

По пресс-релизу Columbia University