Der Urknall ist eine Theorie, die den Beginn des Universums beschreibt. Demnach entstand das Universum vor etwa 13,8 Milliarden Jahren aus einem extrem dichten und heißen Zustand. Es dehnte sich danach aus und kühlte ab, wodurch sich schließlich die heutigen Strukturen wie Galaxien und Sterne bildeten. Neuere Forschungen zeigen, dass dabei das erste Molekül eine entscheidende Rolle spielte.
Urknall: Erstes Molekül entscheidend
Das erste Molekül im Universum ist das Heliumhydrid-Ion (HeH⁺). Es besteht aus einem neutralen Heliumatom und einem ionisierten Wasserstoffkern (Proton). Das Molekül markiert den Beginn der chemischen Entwicklung im jungen Universum. Denn es leitete eine Kettenreaktion ein, die letztlich zur Bildung von molekularem Wasserstoff (H₂) führte. Dieses ist entscheidend für die Abkühlung von Gaswolken, die schließlich zu den ersten Sternen kondensierten.
Forscher*innen am Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg haben erstmals die Reaktion des ältesten Moleküls im Universum, des Heliumhydrid-Ions (HeH⁺), mit Deuterium (einem Isotop des Wasserstoffs) unter Bedingungen nachgestellt, die denen des frühen Universums ähneln.
Mithilfe des einzigartigen kryogenen Ionen-Speicherrings (Cryogenic Storage Ring), einem speziellen Forschungsinstrument zur Simulation weltraumähnlicher Bedingungen, konnten die Wissenschaftler*innen die Reaktionsrate bei extrem niedrigen Temperaturen messen. Dabei zeigte sich, dass die Reaktionsgeschwindigkeit entgegen früherer Annahmen mit sinkender Temperatur nicht abnimmt, sondern nahezu konstant bleibt.
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Ergebnis widerspricht älteren Theorien
„Frühere Theorien sagten einen deutlichen Rückgang der Reaktionswahrscheinlichkeit bei niedrigen Temperaturen voraus, aber wir konnten dies weder im Experiment noch in neuen theoretischen Berechnungen unserer Kollegen bestätigen“, erklärt Dr. Holger Kreckel vom MPIK. Diese Erkenntnis deckt sich mit neuen theoretischen Berechnungen, die frühere Fehler in der Potenzialflächen-Berechnung korrigieren.
Das Ergebnis bedeutet, dass die chemischen Reaktionen zur Bildung von molekularem Wasserstoff im frühen Kosmos effektiver waren als bisher angenommen. Dies verbessert das Verständnis der molekularen Prozesse, die zur Entstehung der ersten Sterne führten, und bringt die Wissenschaft der Lösung der fundamentalen Frage der Kosmologie und Astrophysik näher.
Quellen: „Experimental confirmation of barrierless reactions between HeH+ and deuterium atoms suggests a lower abundance of the first molecules at very high redshifts“ (Astronomy & Physics, 2025),, Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK)
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