الكشف عن أول تفاعل كيميائي حدث في تاريخ الكون

قبل أكثر من 13.8 مليار سنة، وبحسب أكثر النظريات قبولا وثباتا في علم الكونيات المعاصر، حدث الانفجار العظيم الذي أطلق نشأة الكون كما نعرفه.

لكن رغم التطور الهائل في علم الفلك والفيزياء، ظلت تفاصيل اللحظات الأولى من عمر الكون محاطة بالغموض، خاصة فيما يتعلق بأول تفاعل كيميائي حدث بين الذرات والجزيئات.

أول 380 ألف سنة

وفي دراسة نشرت بدورية “أسترونومي آند أستروفيزيكس”، نجح فريق من العلماء في إعادة خلق هذا التفاعل البدائي داخل مختبر على الأرض، كاشفين بذلك فصلا مجهولا من قصة الكون الأولى.

وبعد الانفجار العظيم، كان الكون شديد الحرارة والكثافة، ولم تكن هناك ذرات مستقرة، بل بلازما من جسيمات دون ذرية، والبلازما هي حالة للمادة تسبح فيها الإلكترونات بحرية، غير مرتبطة بأنوية الذرات، وتتولد في درجات الحرارة العالية جدا.

وبعد مرور نحو 380 ألف سنة، برد الكون بدرجة كافية لتسمح للإلكترونات وأنوية الذرات بالاتحاد، مكوّنة ذرات الهيدروجين والهيليوم، وهنا بدأت الكيمياء الأولى للكون.

سر الهيليوم هيدريد

في هذا السياق، تشكل أول جزيء معروف في الكون، وهو “أيون الهيليوم هيدريد”، من اتحاد ذرة هيليوم مع بروتون (نواة هيدروجين)، ويعتقد العلماء أن هذا الجزيء لعب دورا محوريا في تسهيل تكوين جزيئات أخرى مثل غاز الهيدروجين، الضروري لتشكيل أول النجوم.

وبحسب الدراسة، فإن الجزيئات مثل أيون هيليوم هيدريد وغاز الهيدروجين كانت أدوات فعالة في تبديد الطاقة الحرارية داخل السحب الغازية، وهذا سمح لها بالتجمع والتكثف تحت تأثير الجاذبية لتكوين النجوم.

وبدون هذه التفاعلات الكيميائية المبكرة التي ضمت هذين الجزيئين، كان من الصعب أن تظهر النجوم في مرحلة مبكرة من عمر الكون، وهو ما يؤكد على أهمية دراسة هذه التفاعلات.

طريق الجزيئات السريع

وفي معهد ماكس بلانك للفيزياء النووية في ألمانيا، أعاد العلماء خلق ظروف شبيهة بتلك التي سادت الكون المبكر، إذ استخدموا جهازا متقدما يُعرف باسم “حلقة التخزين بالتبريد الكريوجيني”.

ويتيح هذا الجهاز حبس الأيونات في درجات حرارة تقترب من الصفر المطلق، مع ظروف شديدة الفراغ تشبه الفضاء الأولي، داخل خلقة تتحرك بداخلها الأيونات بسرعة هائلة، تشبه طريقا دائريا مغلقا تدور فيه الذرات بدلا من السيارات.

وخزّن الباحثون أيونات الهيليوم هيدريد داخل الحلقة، وعرّضوها لذرات الديوتيريوم (نظير الهيدروجين) لقياس معدل التفاعل بينهما. والنتيجة، بحسب الدراسة، أن التفاعل استمر بكفاءة عالية، على الرغم من درجات الحرارة المنخفضة جدا التي ظن العلماء سابقا أنها تعيق هذا النوع من التفاعلات.

تاريخ جديد للكون

أظهرت البيانات أن معدل التفاعل بين أيونات الهيليوم هيدريد والديوتيريوم لم يتراجع كما توقع بعض العلماء سابقا، بل كان فعالا في نطاق حراري يشبه ظروف الكون المبكر. هذا الاكتشاف يُغيّر فهمنا لديناميكا التبريد في مرحلة ما قبل النجوم، ويعني أن النجوم الأولى ربما تكونت أسرع مما توقعه العلماء.

وبحسب الدراسة، فإن هذا الاكتشاف يغير فهم العلماء لديناميكا التبريد في مرحلة ما قبل تكون النجوم، ويعني أن النجوم الأولى ربما تكونت أسرع مما توقعه العلماء.

وربما تجبر هذه النتائج علماء الكونيات على إعادة النظر في النماذج النظرية التي تشرح تطور الكون بعد الانفجار العظيم، خاصة في سياق استخدام هذه البيانات الدقيقة لتحسين دقّة محاكاة نشأة النجوم الأولى وسلوك الغازات في العصور الكونية المظلمة.