可以说，如果没有分子，我们的存在是不可能的。除了地球上的所有物质，分子也塑造了今天的宇宙。但是，奠定基础的第一个分子是什么呢？
一切都始于氦氢离子（HeH+），研究人员在发表在《天文学与天体物理学》杂志上的新研究中对此进行了调查。这种分子——电离氢和中性氦原子的组合——可能是创造第一批恒星的催化剂。
现在，研究人员已经重新创造了导致HeH+产生分子氢的反应类型，从而深入了解了给宇宙带来巨大变化的早期化学过程。
宇宙的第一个分子
当宇宙从大爆炸中诞生时，最初没有恒星、行星或星系。但它并非完全空无一物。在大爆炸之后，极端高温开始逐渐冷却，然后出现了轻元素（主要是氢和少量氦）。
但这些元素在38万年里一直保持电离状态。在此期间，还存在一团不与任何原子结合的自由电子云，这使得宇宙不透明。然而，最终，宇宙冷却到足以让电离的氢和氦原子吸引电子，从而形成了第一个中性原子。
这导致了第一次化学反应，产生了HeH+。直到数亿年后，恒星才开始形成，HeH+和分子氢（H2）是这一过程的关键部分。特别是HeH+离子，是一种有效的冷却剂。由于恒星的形成需要从非常冷的团块气体和尘埃开始，这使得HeH+成为完美的成分。
在此过程中，与自由氢原子的碰撞导致HeH+降解为中性氦离子和H2+离子。这些产物随后与另一个氢原子反应，形成分子氢。
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重现最早的化学反应
在这项新研究中，研究人员在与早期宇宙相似的条件下测试了这种反应。这项实验涉及HeH+与氘的相互作用，氘是氢的一种同位素，其原子核中除了一个质子外，还包含一个额外的中子。
在这种情况下，反应生成了一个中性氦原子和一个HD+离子，而不是H2+离子。研究人员在德国海德堡马克斯·普朗克核物理研究所（MPIK）的低温储存环中进行了这项测试，该环可以模拟太空条件进行分子和原子反应。
研究人员将HeH+离子储存长达60秒，温度低至几开尔文（-267°C），在此期间，一束中性氘离子与这些离子相互作用。调整了两种粒子束的相对速度，以观察碰撞速率如何根据碰撞能量（与温度直接相关）而变化。
研究人员发现，反应发生的速率并不会随着温度降低而减慢，而是保持不变。
MPIK的Holger Kreckel在一份声明中说：“以前的理论预测在低温下反应概率会显著降低，但我们无法在实验或我们同事的新理论计算中证实这一点。因此，HeH+与中性氢和氘的反应对于早期宇宙的化学作用似乎比以前假设的要重要得多。”
现代宇宙中的氦氢
这项新研究表明，HeH+和分子氢是恒星形成的重要组成部分。但是，数十亿年前启动一切的第一个HeH+分子发生了什么？不仅那个分子早已消失，而且氦氢分子在现代宇宙中也几乎不存在。
直到2019年，科学家们才首次使用平流层红外天文台（SOFIA）直接观测到氦氢。它是在3000光年外的一个名为NGC 7027的行星状星云中发现的，那里附近一颗老化恒星的紫外线辐射和高温为HeH+的形成创造了合适的条件。
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天文学与天体物理学。HeH+与氘原子之间无势垒反应的实验证实，表明在极高红移处第一个分子的丰度较低
美国宇航局。早期宇宙
马克斯·普朗克核物理研究所。起始时的化学：分子反应如何影响第一批恒星的形成
大学空间研究协会。宇宙的第一个分子终于被发现
