宇宙の最初のタイプの分子がついに見つけられる

空中天文台SOFIAの赤外線望遠鏡を使って水素化ヘリウムを発見。恒星内部の核融合で重元素が合成されるまでは水素とヘリウムしか無かった頃、宇宙が冷えてくると水素分子と水素化ヘリウムが出来る。以下、機械翻訳。
宇宙の最初のタイプの分子がついに見つけられる
2019年4月18日
惑星状星雲NGC 7027と水素化ヘリウム分子のイラスト。
水素化ヘリウム分子のイラストが付いた惑星状星雲NGC 7027の画像。この惑星状星雲で、SOFIAはヘリウム（赤）と水素（青）の組み合わせである水素化ヘリウムを検出しました。これは初期の宇宙でこれまでに形成された最初のタイプの分子です。水素化ヘリウムが現代の宇宙で発見されたのはこれが初めてです。
クレジット：NASA / ESA /ハッブル処理：ジュディシュミット

宇宙でこれまでに形成された最初のタイプの分子は、何十年もの探索の後、初めて宇宙で検出されました。世界最大の空中天文台、NASAの赤外線天文学用成層圏天文台（SOFIA）を使用して、科学者たちは私たち自身の銀河系でそのシグネチャを発見し、その機体は成層圏の上空を飛びました。
宇宙がまだ非常に若い頃には、わずか数種類の原子しか存在しませんでした。科学者たちは、ビッグバンから約10万年後、ヘリウムと水素が結合して、初めて水素化ヘリウムと呼ばれる分子を作ったと信じています。水素化ヘリウムは現代の宇宙のいくつかの場所に存在するはずですが、今まで宇宙では検出されたことがありませんでした。
ソフィアは惑星状星雲の中に現代の水素化ヘリウムを発見しました。これはかつては太陽のような星だったものの名残です。星座の白鳥座の近く3,000光年離れたところに位置する、この惑星状星雲、NGC 7027は、このミステリー分子が形成することを可能にする条件を持っています。この発見は、水素化ヘリウムが実際に宇宙に存在できることの証明として役立つ。これは、初期の宇宙の化学とそれが何十億年もの間今日の複雑な化学へとどう進化したかについての我々の基本的な理解の重要な部分を確認します。結果は今週のNature誌に掲載されました。
カリフォルニアのシリコンバレーにあるSOFIAサイエンスセンターのディレクターであるHarold Yorkeは、次のように述べています。「この分子はそこに潜んでいましたが、正しい位置で観察するための正しい機器が必要でした。
今日、宇宙は惑星、星、銀河のような大きくて複雑な構造物でいっぱいです。しかし、ビッグバンに続いて130億年以上前に、初期の宇宙は暑く、存在したのは数種類の原子、主にヘリウムと水素だけでした。原子が結合して最初の分子を形成するにつれて、宇宙はようやく冷やされて形を取り始めました。科学者たちは、水素化ヘリウムがこの最初の原始分子であると推論しました。
一旦冷却が始まると、水素原子は水素化ヘリウムと相互作用して、水素分子（主に最初の星の形成に関与する分子）の生成につながります。星は、今日の豊かで化学的な宇宙を構成するすべての要素を鍛造し続けました。しかし問題は、科学者が宇宙で水素化ヘリウムを見つけることができなかったということです。化学の誕生におけるこの最初のステップは、今まで証明されていませんでした。
ドイツのボンにあるマックスプランク電波天文研究所のロルフ・ゲステン氏は、「星間空間に水素化ヘリウムが存在するという証拠の欠如は、天文学にとって何十年もの間のジレンマであった」と述べている。
水素化ヘリウムは厄介な分子です。ヘリウム自体は希ガスなので、他の種類の原子と結合することはほとんどありません。しかし1925年、科学者たちはヘリウムを同軸にしてその電子の1つを水素イオンと共有することによって実験室で分子を作り出すことができました。
それから、1970年代後半に、NGC 7027と呼ばれる惑星状星雲を研究している科学者は、この環境が水素化ヘリウムを形成するためにちょうどいいかもしれないと考えました。紫外線と老化星からの熱が、水素化ヘリウムの生成に適した条件を作り出します。しかし彼らの観察は決定的ではなかった。その後の努力はそれがそこにあるかもしれないことをほのめかした、しかしミステリー分子は検出を避け続けた。使用された宇宙望遠鏡は、星雲内の他の分子のメドレーから水素化ヘリウムの信号を取り出すための特別な技術を持っていませんでした。
2016年、科学者たちはSOFIAに助けを求めました。45,000フィートまで飛んで、SOFIAは地球の大気の干渉する層の上で観察をします。しかし、それは宇宙望遠鏡が持っていない利点を持っています - それはあらゆる飛行の後に戻ります。
Naseem Rangwala SOFIA副プロジェクトサイエンティストは、次のように述べています。「この柔軟性により、私たちは観察を改善し、科学者が答えたいと思う最も差し迫った質問に答えることができます。」
最近のTerahertz Frequenciesでのドイツの受信機（GREAT）と呼ばれるSOFIAの機器の1つへのアップグレードは、以前の望遠鏡が持っていなかった水素化ヘリウムのための特定のチャンネルを加えました。この機器はラジオ受信機のように機能します。科学者は、FMラジオを正しい放送局に合わせるのと同じように、探している分子の周波数に合わせます。SOFIAが夜空に飛びついたとき、熱心な科学者たちはリアルタイムで機器からデータを読んでいました。水素化ヘリウムの信号はついに大音量で透明になった。
「データの中で初めてヘリウムハイドライドを見ることができたことは非常に興奮していました」とGuestenは言いました。「これは長い調査に幸福な結末をもたらし、初期宇宙の基礎となる化学的性質についての私たちの理解についての疑問を取り除きます。

宇宙の最初のタイプの分子がついに見つけられる

空中観測所SOFIAの科学者たちは宇宙でこれまでに形成された分子の最初のタイプを検出しました。彼らは、星座の白鳥座近くの惑星状星雲の中に、ヘリウムハイドライドと呼ばれるヘリウムと水素の組み合わせを見つけました。この発見は、初期の宇宙とそれが何十億年もの間今日の複雑な化学へとどう進化したかについての我々の基本的な理解の重要な部分を確認します。
クレジット：NASA /エイムズ研究センター
赤外線天文学の成層圏天文台であるSOFIAは、直径106インチの望遠鏡を搭載するように改良されたボーイング747SPジェットライナーです。それはNASAとドイツ航空宇宙センター、DLRの共同プロジェクトです。カリフォルニア州シリコンバレーにあるNASAのエイムズ研究センターは、メリーランド州コロンビアに本部を置く大学宇宙研究協会、およびシュトゥットガルト大学のドイツSOFIA研究所（DSI）と協力して、SOFIAプログラム、科学および任務の運営を管理しています。航空機は、カリフォルニア州パームデールにあるNASAのアームストロングフライトリサーチセンタービル703から保守および運航されています。

最終更新日：2019年4月19日
タグ： エイムズ研究センター、星雲、SOFIA 　宇宙