Wissenschaftler haben erstmals im Detail den Ablauf des „Vorläufers“aller chemischen Reaktionen, der Wechselwirkung von Wasserstoff mit Wasserstoff, analysiert, die im Universum noch vor dem Erscheinen anderer Elemente stattfand.
Am Anfang waren Wasserstoff und Helium. Diese Elemente, die in den ersten Minuten seit Beginn der Zeit selbst erschienen sind, bringen alle anderen Elemente hervor, die das Universum in den folgenden Milliarden von Jahren ausmachen. Aber noch heute dominieren sie es.
Die Umwandlung von Wasserstoff und Helium in schwerere Elemente findet in „Sternenfabriken“statt, bei thermonuklearen Reaktionen entstehen Kohlenstoff und Sauerstoff, Magnesium und Silizium, das gesamte Periodensystem. Die ersten derartigen "Fabriken" waren natürlich die ersten Sterne, in denen die ersten Umwandlungen von Atomen stattfanden.
Aber bevor sie kamen, war das Universum dunkel und heiß. Es war voll von riesigen Ansammlungen von Wasserstoffatomen und Ionen. Erst nachdem die Atome und Ionen interagierten, molekularen Wasserstoff erzeugten und ein zusätzliches Elektron emittieren, begann sich das Universum in etwas zu verwandeln, das dem, was wir heute sehen, mehr oder weniger ähnlich ist.
„Um die gesamte Kette von Ereignissen zu verfolgen, die schließlich zum aktuellen Stand der Dinge geführt haben, ist es wichtig, dass wir die allerersten Stadien verstehen“, erklärt Daniel Savin, ein amerikanischer Astrophysiker. Es war seine Gruppe, die etwa 1 Million Jahre nach dem Urknall in die ferne Vergangenheit des Universums eintauchte und den Prozess untersuchte, bei dem Wolken aus heißer Materie (Wasserstoff und Helium) abkühlten, kondensierten und die ersten Sterne bildeten.
Es war die Wechselwirkung von Wasserstoffatomen und Ionen, die es diesen Clustern ermöglichte, genug abzukühlen, um die Sternentstehung zu beginnen. Aber wie lange hat dieser Prozess gedauert? Mit anderen Worten, wie lang ist dieses Kapitel der Weltgeschichte? Es ist noch nicht möglich, eine genaue Antwort zu geben, obwohl uns die Arbeit von Savins Team erlaubt, den Fortschritt dieses Prozesses zu beurteilen.
Indem die Bedingungen, die in jenen fernen Jahren existierten, im Labor nachgestellt wurden, konnten die Wissenschaftler die Geschwindigkeit dieser Reaktion von Wasserstoff mit Wasserstoff abschätzen - und diese Daten verwenden, um die Größe seiner "Nachkommen", der ersten, zu klären Sterne des Universums um eine Größenordnung. Nun, die weitere Einbeziehung dieser zuverlässigen experimentellen Daten in Computer- und theoretische Modelle verspricht neue Entdeckungen.
H- + H → H2 + e-
Obwohl diese Verbindung äußerlich wie eine extrem einfache Interaktion aussieht, ist ihr Mechanismus nicht gut verstanden. Savin und sein Team waren ziemlich überrascht, wie schnell diese Reaktion tatsächlich abläuft. "Das bedeutet, dass die Entstehung der ersten Sterne viel weniger Zeit in Anspruch genommen haben könnte als gedacht", erklärt der Wissenschaftler.
Stellen Sie sich vor, wir hätten Daten über die Akkumulation von Ionen und Wasserstoffatomen in diesem jungen Universum. Wird es in der Lage sein, genügend molekularen Wasserstoff zu erzeugen und abzukühlen, werden Sterne darin erscheinen, was und wann sind sie zu erwarten? Bisher wurden diese Fragen auf der Grundlage rein theoretischer Abschätzungen der oben angegebenen Hauptreaktion beantwortet. Savins Arbeit gibt einer solchen Analyse eine viel verlässlichere experimentelle Grundlage - und führt zu anderen Ergebnissen.
Und das Ergebnis ist wichtig, schon deshalb, weil der Verlauf dieser Wechselwirkung die Haupteigenschaft der entstehenden Sterne bestimmt - ihre Größe. Und die Größe der Sterne wiederum bestimmt den Verlauf thermonuklearer Wechselwirkungen und die Synthese von Produkten, allen anderen Elementen, die das Universum füllen und unsere Körper bilden.
Pressemitteilung der Columbia University
