Материалы портала «Научная Россия»

Физики смогли экспериментально воссоздать среду образования первых звезд

Физики смогли экспериментально воссоздать среду образования первых звезд
Ученые обнаружили, что концентрация ионов гидрида гелия — одной из первых молекул, возникших во Вселенной и определявших скорость формирования звезд, существенно превышает величину, предсказанную ранее теоретически. 

Ученые обнаружили, что концентрация ионов гидрида гелия — одной из первых молекул, возникших во Вселенной и определявших скорость формирования звезд, существенно превышает величину, предсказанную ранее теоретически. В международный коллектив исследователей, выполнивших этот эксперимент в Институте ядерной физики общества им. Макса Планка (Гейдельберг, Германия), вошли сотрудники Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН. Подробности опубликованы в журнале Science.

Известно, что газ, из которого образовались первые звезды, состоял из молекул водорода (H2), протодейтерия (HD), ионов гидрида гелия (HeH+) и гидрида лития (LiH).  Считается, что ионы HeH+, обладающие наибольшим дипольным моментом, определяют скорость остывания газовых облаков до температуры, при которой происходит их гравитационный коллапс и зарождаются первые звёзды. Поэтому знание концентрации этих ионов в газовых облаках ранней Вселенной необходимо для понимания эволюции первичного газа. Концентрация ионов гидрида гелия в газовых облаках определяется вероятностью распада этих частиц на нейтральные атомы гелия и водорода при столкновении с электронами. Предыдущие измерения вероятности распада ионов гидрида гелия проводились при комнатной температуре, однако действительная температура Вселенной в эпоху появления первых звезд, по оценкам учёных, была около 6 Кельвин, то есть —(минус) 2670 С.  Выяснилось, что в таких условиях концентрация ионов HeH+ резко увеличивается.

Провести эксперименты при 6 К удалось благодаря недавно построенному в Гейдельберге криогенному кольцевому накопителю ионов — Cryogenic Storage Ring (СSR). Ионы гидрида гелия циркулировали в СSR в течение нескольких сотен секунд без столкновений, а затем встречались с «холодными» электронами, которые двигались с одинаковыми скоростями в одном направлении с ионами. Столкновения электронов с ионами HeH+ приводили к их нейтрализации и последующему распаду. Регистрировалось количество образовавшихся нейтральных атомов водорода и гелия, а также их энергии и углы разлёта. Оказалось, что скорость распада ионов гидрида гелия на атомы примерно в 80 раз ниже, чем считалось ранее.

«Вклад сибирских ученых в данный эксперимент заключался в создании миниатюрного полупроводникового излучателя «холодных» электронов, который обеспечил предельно малый разброс их скоростей. Пучок этих частиц использовался как для охлаждения ионного пучка, так и для «превращения» HeH+-ионов в нейтральные атомы гелия и водорода. Полупроводниковый эмиттер для источника электронов разработан в ИФП СО РАН с участием большого количества исследователей. Нужно отметить, что участники обсуждаемой работы Дмитрий Орлов и Андрей Шорников закончили Новосибирский государственный университет и ранее работали в нашем институте именно по этой тематике», — прокомментировал российский соавтор статьи в Science заведующий лабораторией неравновесных процессов в полупроводниках ИФП СО РАН доктор физико-математических наук Александр Сергеевич Терехов.

Результаты лабораторного изучения закономерностей формирования первых молекул во Вселенной появились очень своевременно. В ближайшее время планируется запуск космического телескопа «Джеймс Уэбб» — сменщика «Хаббла».  Миссия проекта «Джеймс Уэбб»  —  поиск и изучение излучения первых звезд и галактик, появившихся на раннем этапе эволюции Вселенной после Большого взрыва.  Совместный анализ экспериментальных результатов, полученных физиками на Земле и в космосе имеет большое значение для детального понимания физических процессов, происходивших в ранней Вселенной.

Пресс-служба ИФП СО РАН

На фото: источник электронов, разработанный в ИФП СО РАН

водород вселенная институт ядерной физики общества макса планка института физики полупроводников со ран ран со ран формирование первых звезд

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.