A primeira molécula do Universo foi finalmente descoberta

O primeiro tipo de molécula que se formou no Universo foi detetado no espaço pela primeira vez, após décadas de pesquisa.

Os cientistas descobriram a sua assinatura na nossa própria Galáxia usando o maior observatório aerotransportado do mundo, o SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) da NASA, enquanto o avião voava bem acima da superfície da Terra e apontava os seus instrumentos sensíveis para o cosmos.

Quando o Universo era ainda muito jovem, só existiam apenas alguns tipos de átomos. Os cientistas pensam que cerca de 100.000 anos após o Big Bang, o hélio e o hidrogénio combinaram-se para fazer pela primeira vez uma molécula chamada hidreto de hélio. O hidreto de hélio deve estar presente em algumas partes do Universo moderno, mas nunca tinha sido detetado no espaço – até agora.

O SOFIA encontrou o hidreto de hélio moderno numa nebulosa planetária, um remanescente do que já foi uma estrela parecida com o Sol. Localizada a 3000 anos-luz de distância na direção da constelação de Cisne, esta nebulosa planetária, de nome NGC 7027, tem condições que permitem a formação desta molécula misteriosa.

A descoberta serve como prova de que o hidreto de hélio pode, de facto, existir no espaço. Isto confirma uma parte fundamental da nossa compreensão básica da química do Universo primitivo e de como evoluiu ao longo de milhares de milhões de anos para a química complexa de hoje. Os resultados foram publicados na edição desta semana da revista científica Nature.

“Esta molécula estava à espreita, mas precisávamos dos instrumentos certos para fazer as observações na posição certa – e o SOFIA conseguiu fazer isso perfeitamente,” disse Harold Yorke, diretor do Centro de Ciência SOFIA, em Silicon Valley, no estado norte-americano da Califórnia.

Hoje, o Universo está cheio de estruturas grandes e complexas como planetas, estrelas e galáxias. Mas há mais de 13 mil milhões de anos, após o Big Bang, o Universo primordial era quente e tudo o que existia eram alguns tipos de átomos, principalmente hélio e hidrogénio. À medida que os átomos se combinavam para formar as primeiras moléculas, o Universo foi finalmente capaz de arrefecer e começou a tomar forma. Os cientistas inferiram que o hidreto de hélio era essa primeira molécula primordial.

Quando o arrefecimento começou, os átomos de hidrogénio puderam interagir com o hidreto de hélio, levando à criação do hidrogénio molecular – a molécula principalmente responsável pela formação das primeiras estrelas. As estrelas passaram a forjar todos os elementos que compõem o nosso rico cosmos químico de hoje. O problema, porém, é que os cientistas não conseguiam encontrar hidreto de hélio no espaço. Este primeiro passo no nascimento da química permaneceu por provar, até agora.

“A falta de evidências da própria existência do hidreto de hélio no espaço interestelar foi um dilema para a astronomia durante décadas,” disse Rolf Guesten do Instituto Max Planck para Radioastronomia, em Bona, Alemanha, autor principal do artigo.

O hidreto de hélio é uma molécula “sensível”. O hélio, propriamente dito, é um gás nobre que dificilmente combina com qualquer outro tipo de átomo. Mas em 1925 os cientistas conseguiram criar a molécula em laboratório, persuadindo o hélio a partilhar um dos seus eletrões com um ião de hidrogénio.

Seguidamente, no final da década de 1970, os cientistas que estudavam a nebulosa planetária NGC 7027 pensaram que este ambiente podia ser o ideal para formar o hidreto de hélio. A radiação ultravioleta e o calor da estrela envelhecida criam condições adequadas para a formação do hidreto de hélio. Mas as suas observações foram inconclusivas. Esforços subsequentes sugeriram que podia lá existir, mas a molécula misteriosa continuava a escapar à deteção.

Os telescópios espaciais usados não tinham a tecnologia específica para captar o sinal do hidreto de hélio a partir da mistura de outras moléculas na nebulosa. Em 2016, os cientistas recorreram à ajuda do SOFIA. Voando a mais de 13.000 metros de altitude, o SOFIA faz observações acima das camadas interferentes da atmosfera da Terra. Mas tem uma vantagem em relação aos telescópios espaciais – regressa ao solo depois de cada voo.

“Podemos mudar os instrumentos e instalar a tecnologia mais recente,” disse Naseem Rangwala, cientista do projeto SOFIA. “Esta flexibilidade permite-nos melhorar as observações e responder às questões mais prementes dos cientistas.”

NASA/SOFIA/L. Proudfit/D.Rutter

Ilustração da nebulosa planetária NGC 7027 e das moléculas de hidreto de hélio. Nesta nebulosa planetária, o SOFIA detetou hidreto de hélio, uma combinação de hélio (vermelho) e hidrogénio (azul), que foi o primeiro tipo de molécula a formar-se no Universo primitivo.

Uma atualização recente de um dos instrumentos do SOFIA, chamado GREAT (German Receiver at Terahertz Frequencies), acrescentou o canal específico para o hidreto de hélio que os telescópios anteriores não tinham. O instrumento trabalha como um recetor de rádio. Os cientistas sintonizam a frequência da molécula que procuram, de modo semelhante à sintonização de um rádio FM na estação certa.

Quando o SOFIA levantou voo no céu noturno, os ansiosos cientistas estavam a bordo lendo os dados do instrumento em tempo real. O sinal do hidreto de hélio finalmente foi recebido em condições. “Foi muito emocionante estar lá e ver o hidreto de hélio pela primeira vez nos dados,” disse Guesten.

“Isto leva uma investigação longa a um final feliz e elimina dúvidas sobre a nossa compreensão da química subjacente do Universo primordial”, rematou.

// CCVAlg

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