Os cientistas descobriram sua assinatura em nossa própria galáxia usando o maior observatório aéreo do mundo, o Boeing 747SP SOFIA, quando a aeronave voou bem acima da superfície da Terra e apontou seus instrumentos sensíveis para o cosmo.
SOFIA encontrou o hidreto de hélio moderno em uma nebulosa planetária, remanescente do que já foi uma estrela parecida com o Sol. Localizada a 3.000 anos-luz de distância, perto da constelação de Cygnus, essa nebulosa planetária, chamada NGC 7027, possui condições que permitem a formação dessa molécula misteriosa. A descoberta serve como prova de que o hidreto de hélio pode, de fato, existir no espaço. Isso confirma uma parte fundamental da nossa compreensão básica da química do universo primitivo e como ela evoluiu ao longo de bilhões de anos para a química complexa de hoje. Os resultados foram publicados revista Nature.
Quando o universo ainda era muito jovem, apenas alguns tipos de átomos existiam. Os cientistas acreditam que cerca de 100 mil anos após o big bang, o hélio e o hidrogênio se combinaram para fazer uma molécula chamada hidreto de hélio pela primeira vez. Hidreto de hélio deve estar presente em algumas partes do universo atual, mas nunca foi detectado no espaço – até agora.
“Esta molécula estava à espreita, mas precisávamos dos instrumentos certos para fazer as observações na posição certa – e SOFIA conseguiu fazer isso com perfeição”, disse Harold Yorke, diretor do Centro de Ciência do SOFIA, no Vale do Silício, Califórnia.
Hoje, o universo está cheio de estruturas grandes e complexas, como planetas, estrelas e galáxias. Mas há mais de 13 bilhões de anos, após o Big Bang, o universo primordial era quente, e tudo o que existia eram alguns tipos de átomos, principalmente hélio e hidrogênio. Como os átomos se combinaram para formar as primeiras moléculas, o universo foi finalmente capaz de esfriar e começou a tomar forma. Os cientistas inferiram que o hidreto de hélio era essa primeira molécula primordial.
Uma vez que o resfriamento começou, os átomos de hidrogênio poderiam interagir com o hidreto de hélio, levando à criação de hidrogênio molecular – a molécula responsável principalmente pela formação das primeiras estrelas. As estrelas passaram a forjar todos os elementos que compõem o nosso rico e químico cosmo de hoje. O problema, porém, é que os cientistas não encontraram o hidreto de hélio no espaço. Este primeiro passo no nascimento da química não foi provado até agora.
“A falta de evidência da própria existência do hidreto de hélio no espaço interestelar foi um dilema para a astronomia por décadas”, disse Rolf Guesten, do Instituto Max Planck de Radioastronomia, em Bonn, na Alemanha, e principal autor do estudo.
Hidreto de hélio é uma molécula mimada. O hélio em si 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 compartilhar um de seus elétrons com um íon de hidrogênio.
Então, no final dos anos 1970, os cientistas que estudavam a nebulosa planetária NGC 7027 pensavam que esse ambiente poderia ser o ideal para formar o hidreto de hélio. A radiação ultravioleta e o calor da estrela envelhecida criam condições adequadas para a formação de hidreto de hélio. Mas suas observações foram inconclusivas. Esforços subsequentes sugeriram que poderia estar lá, mas a molécula misteriosa continuou a evitar a detecção. Os telescópios espaciais usados não tinham a tecnologia específica para captar o sinal de hidreto de hélio da mistura de outras moléculas na nebulosa.
Em 2016, os cientistas recorreram ao telescópio SOFIA para obter ajuda. Voando até 45.000 pés, SOFIA faz observações acima das camadas interferentes da atmosfera da Terra. Mas tem telescópios espaciais benéficos que não retornam depois de cada voo.
“Somos capazes de mudar instrumentos e instalar a mais recente tecnologia”, disse Naseem Rangwala, o cientista do projeto SOFIA. “Essa flexibilidade nos permite melhorar as observações e responder às questões mais urgentes que os cientistas querem que sejam respondidas”.
Um recente upgrade para um dos instrumentos do telescópio SOFIA, chamado de Receptor Alemão em Frequências de Terahertz (ou, na sigla em inglês, GREAT) acrescentou o canal específico para hidreto de hélio que os telescópios anteriores não tinham. O instrumento funciona como um receptor de rádio. Os cientistas sintonizam a frequência da molécula que procuram, semelhante a sintonizar um rádio FM à estação certa. Quando SOFIA subiu ao céu noturno, cientistas ansiosos estavam a bordo lendo os dados do instrumento em tempo real. O sinal do hidreto de hélio finalmente chegou alto e claro.
“Foi muito emocionante estar lá, vendo o hidreto de hélio pela primeira vez nos dados”, disse Guesten. “Isso traz uma longa busca para um final feliz e elimina dúvidas sobre nossa compreensão da química subjacente do universo primordial. [NASA]
Rolf Güsten, et al., “Astrophysical detection of the helium hydride ion HeH+,” Nature volume 568, pages 357–359 (2019)
