Algumas centenas de milhares de anos após o Big Bang, a sopa quente e jovem do nosso universo esfriou o suficiente para que os menores blocos de construção da vida se combinassem em átomos pela primeira vez. Em um dia agradável (3.700 graus Celsius), um átomo de hélio apareceu em um único próton - na verdade um íon hidrogênio carregado positivamente - e a primeira molécula do universo foi formada: hidreto de hélio, ou HeH +.
Os cientistas estudam versões feitas em laboratório dessa molécula primordial há quase um século, mas nunca encontraram vestígios dela em nosso universo moderno - até agora. Em um novo estudo publicado hoje (17 de abril) na revista Nature, os astrônomos relatam o uso de um telescópio no ar para detectar HeH + latente na nuvem de gás em torno de uma estrela moribunda a cerca de 3.000 anos-luz de distância.
Segundo os pesquisadores, essa descoberta, que já dura mais de 13 bilhões de anos, mostra conclusivamente que o HeH + é formado naturalmente em condições semelhantes às encontradas no universo primitivo.
"Embora o HeH + tenha uma importância limitada na Terra hoje, a química do universo começou com esse íon", escreveu a equipe no novo estudo. "A detecção inequívoca relatada aqui leva uma busca de décadas a um final feliz, finalmente."
A primeira molécula do universo
O HeH + é o ácido mais forte conhecido na Terra e foi sintetizado em laboratório em 1925. Por ser feito de hidrogênio e hélio - os dois elementos mais abundantes no universo e o primeiro a emergir do reator nuclear do Big Bang 13,8 bilhões anos atrás - os cientistas previram há muito tempo que a molécula foi a primeira a se formar quando o universo de resfriamento permitiu que prótons, nêutrons e elétrons existissem lado a lado em átomos.
Os cientistas não podem rebobinar o universo para caçar essa molécula incipiente onde nasceu, mas podem procurá-la em partes do universo moderno que melhor replicam essas condições super-quentes e superdensas - nas jovens nebulosas de gás e plasma que explodem de estrelas que estão morrendo.
Essas nebulosas planetárias se formam quando as estrelas parecidas com o sol chegam ao fim de suas vidas, explodem suas conchas externas e murcham em anãs brancas para esfriar lentamente em bolas de cristal. À medida que as estrelas que morrem esfriam, elas ainda irradiam calor suficiente para remover os átomos de hidrogênio próximos de seus elétrons, transformando os átomos em prótons nus necessários para a formação do HeH +.
Detectar HeH + mesmo nas nebulosas planetárias mais próximas da Terra é complicado, porque brilha em um comprimento de onda infravermelho que é facilmente obscurecido pela atmosfera do nosso próprio planeta. No novo estudo, os pesquisadores contornaram a névoa atmosférica usando um telescópio de alta tecnologia montado em uma aeronave em movimento chamada SOFIA (Observatório Estratosférico de Astronomia Infravermelha).
Ao longo de três vôos em 2016, a equipe treinou o telescópio da SOFIA em uma nebulosa planetária chamada NGC 7027, a cerca de 3.000 anos-luz da Terra. A estrela central da nebulosa é uma das mais quentes conhecidas no céu, escreveram os pesquisadores, e estima-se que tenha perdido seu envelope externo apenas cerca de 600 anos atrás. Como a nebulosa ao redor é muito quente, jovem e compacta, é um local ideal para caçar comprimentos de onda HeH +. Segundo os pesquisadores, foi exatamente onde a SOFIA os encontrou.
"A descoberta do HeH + é uma demonstração dramática e bonita da tendência da natureza de formar moléculas", disse o coautor do estudo David Neufeld, professor da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore, em comunicado. "Apesar dos ingredientes pouco promissores disponíveis, uma mistura de hidrogênio com o hélio nobre não reativo e um ambiente hostil a milhares de graus Celsius, forma-se uma molécula frágil".
