La primera molècula de l'univers: els astrofísics observen el naixement de la química

Ha estat com si un químic hagués fet un viatge en el temps fins fa 13.000 milions d'anys. Un equip d'astrofísics alemanys han detectat una molècula idèntica a la primera que es va formar quan l'univers era ben jove. Es tracta d'un ió, perquè té càrrega elèctrica i no és estable. El seu nom és hidrur d'heli i la seva fórmula HeH+.

La troballa la publica a la revista "Nature" un equip d'investigadors liderat per Rolf Güsten, de l'Institut Max-Planck de Radioastronomia de Bonn.

Els estudis teòrics havien predit que l'HeH+ havia de ser la primera molècula que es va formar quan el naixent univers es va refredar prou. En el moment inicial, la temperatura de l'univers era de 100 quintilions de graus -un 1 seguit de 32 zeros. Al cap d'un segons, gràcies a la seva expansió,  ja s'havia refredat força: fins als deu mil milions de graus -ara només caldrien deu zeros darrera de l'1.

A aquestes temperatures era impossible que les partícules s'unissin per formar ni tan sols àtoms. Caldria esperar més d'un minut -durant aquests brevíssim fragments de temps es van produir una multitud de complexos fenòmens físics- perquè naixessin els primers elements.
 

Neixen els elements més senzills

El primer de tots, lògicament, va ser el més senzill, l'hidrogen. Només té un protó -partícula positiva- en el nucli. També es podien formar els seus isòtops deuteri i triti -són formes d'hidrogen, però una mica més pesants, perquè a més del protó tenen, respectivament, un o dos neutrons. I posteriorment es va formar el segon element més senzill, l'heli.

Però això eren simplement àtoms. Les molècules sorgeixen quan els àtoms es combinen. I per això es va haver d'esperar uns centenars de milers d'anys, fins que la temperatura va permetre que s'unissin. Els models teòrics predeien que la primera molècula que es va formar va ser aquest ió, l'hidrur d'heli. El problema per detectar-lo era que és extremadament inestable. 

Fa vora cent anys, el 1925, es va poder sintetitzar al laboratori. Però dècades de cerca pel cosmos no havien donat fruits. Ha calgut esperar a tenir instruments de mesura molt sensibles. Els investigadors han utilitzat l'espectòmetre d'alta resolució GREAT, que viatjava en el SOFIA -anagrama d'Observatori Estratosfèric d'Astronomia d'Infraroig en anglès.

Calia intentar fer la detecció des de l'espai, perquè la radiació emesa pel HeH+ no travessa l'atmosfera de la Terra. Per tant, no es podia detectar des d'observatoris terrestres.
 

Una nebulosa jove, de 600 anys d'edat

També calia buscar el millor lloc on buscar. A finals dels anys 70 els models teòrics van suggerir que podria existir en les anomenades nebuloses planetàries, formades per material ejectat per alguns estels en les etapes finals de la seva vida. La forta radiació podria provocar temperatures de més de cent mil graus, adients perquè es formés la molècula.

Finalment, en els vols fets al maig del 2016, el GREAT i el SOFIA van complir la seva missió, si bé ha costat molt de temps fer els càlculs i comprovacions necessaris per confirmar-ho. A la NGC 7027, una nebulosa jove de només 600 anys, formada a partir d'un dels estels més calents que es coneixen, té unes condicions de temperatura i densitat similars a les de l'univers primitiu, adients per formar la molècula.

Tants anys de recerca infructuosa havien posat en dubte si la molècula realment havia existit o es podria trobar en algun lloc. Així valora la troballa Rolf Güsten, el líder de l'equip:

"La química de l'univers va començar amb HeH+. La manca d'una prova definitiva de la seva existència a l'espai interestel·lar ha estat un dilema per a l'astronomia durant molt de temps".

Al final s'ha vist que els models teòrics no estaven errats. Cal destacar que la molècula conté heli, un dels anomenats gasos nobles o inerts perquè gairebé no s'uneixen a cap altre element químic. És un fet que destaca David Neufeld, de la Universitat Johns Hopkins de Baltimore, un dels coautors de l'article:

"El descobriment de l'HeH+ és una important i bella demostració de la tendència de la natura a formar molècules. Malgrat els ingredients poc prometedors que estaven disponibles, una barreja d'hidrogen amb el gas noble no reactiu heli i un entorn molt sever de milers de graus, es va formar una fràgil molècula".

Una molècula fràgil i, probablement, fugaç, perquè mentre l'univers seguia la seva expansió i les recombinacions de partícules i àtoms prosseguia, l'HeH+ es va desfer per donar lloc a heli i hidrogen per separat. Afortunadament, en aquests 13.000 milions d'anys s'ha format en altres llocs de l'univers. I els astrofísics han tingut, finalment, bon ull per trobar-la. I ho han anunciat en l'Any Internacional de la Taula Periòdica dels elements químics. Una simpàtica coincidència.