经过几十年的探索，宇宙中形成的第一种分子首次在太空中被检测到。科学家们使用世界上最大的机载天文台，美国宇航局的平流层红外天文台（SOFIA）在我们自己的星系中发现了它的特征，因为飞机在地球表面上空高飞，并将其敏感仪器指向宇宙。
当宇宙还很年轻的时候，只有几种原子存在。科学家认为，在大爆炸发生大约10万年后，氦和氢首次结合在一起，形成了一种叫做氦氢化物的分子。氦氢化物应该存在于现代宇宙的某些部分，但它从未在太空中被发现 - 直到2019年。
带有氦氢化物分子的插图。在这个行星状星云中，SOFIA探测到氢化氦，这是氦（红色）和氢（蓝色）的组合。
SOFIA在行星状星云中发现了现代氦氢化物，这是曾经是类似太阳的恒星的残余物。这个行星状星云位于天鹅座附近3000光年之外，被称为NGC 7027，具有允许这种神秘分子形成的条件。这一发现证明了氦氢化物实际上可以存在于太空中。这证实了我们对早期宇宙化学的基本理解的关键部分，以及它如何在数十亿年内演变成今天的复杂化学。研究结果发表在本周的《自然》杂志上。
“这种分子潜伏在那里，但我们需要正确的仪器在正确的位置进行观察 - SOFIA能够完美地做到这一点，”加州硅谷SOFIA科学中心主任Harold Yorke说。
今天，宇宙充满了庞大而复杂的结构，如行星，恒星和星系。但是在130多亿年前，在大爆炸之后，早期的宇宙是热的，所有存在的都是几种类型的原子，主要是氦和氢。随着原子结合形成第一批分子，宇宙终于能够冷却并开始成形。科学家推断，氦氢化物是第一个原始分子。
一旦冷却开始，氢原子可以与氢化氦相互作用，导致分子氢的产生 - 该分子主要负责第一批恒星的形成。恒星继续锻造构成我们今天丰富的化学宇宙的所有元素。然而，问题在于科学家无法在太空中找到氢化氦。直到现在，化学诞生的第一步还没有得到证实。
“缺乏氦氢化物在星际空间中存在的证据是几十年来天文学的一个难题，”德国波恩马克斯普朗克射电天文学研究所的Rolf Guesten说，他是该论文的主要作者。
氦氢化物是一种挑剔的分子。氦本身是一种惰性气体，因此它不太可能与任何其他类型的原子结合。但在1925年，科学家们能够在实验室中通过诱导氦与氢离子共享其中一个电子来制造这种分子。
然后，在1970年代后期，研究行星状星云NGC 7027的科学家认为这种环境可能正好形成氢化氦。来自老化恒星的紫外线辐射和热量为氦氢化物的形成创造了合适的条件。但他们的观察是不确定的。随后的努力暗示它可能在那里，但神秘分子继续逃避检测。所使用的太空望远镜没有特定的技术来从星云中其他分子的混合物中挑选出氢化氦的信号。
2016年，科学家们向SOFIA寻求帮助。SOFIA飞行高达45，000英尺，在地球大气层的干扰层上方进行观测。但它有一个太空望远镜没有的好处 - 它在每次飞行后都会返回。
“我们能够更换仪器并安装最新技术，”Naseem Rangwala SOFIA副项目科学家说。“这种灵活性使我们能够改进观测，并回答科学家想要回答的最紧迫的问题。
最近对SOFIA的一种仪器进行了升级，称为德国太赫兹频率接收器（GREAT），增加了以前的望远镜没有的氦氢化物的特定通道。该仪器的工作原理类似于无线电接收器。科学家调谐到他们正在搜索的分子的频率，类似于将FM收音机调谐到正确的电台。当SOFIA升空时，热切的科学家们正在船上实时读取仪器中的数据。氦氢化物的信号终于响亮而清晰地传来。
“在那里，第一次在数据中看到氦氢化物真是太令人兴奋了，”盖斯滕说。“这给一个圆满的结局带来了漫长的探索，并消除了我们对早期宇宙潜在化学的理解的怀疑。
