Een laboratorium heeft de eerste molecule na de oerknal nagebouwd. Het resultaat komt niet overeen met onze geschiedenis van het heelal.

Het experiment zal natuurkundigen dwingen om te heroverwegen hoe de eerste sterren zijn ontstaan.

In het begin schiep God de hemel en de aarde het heelal. En de aarde was woest en ledig. En duisternis bedekte de oppervlakte van de afgrond, en de geest van God zweefde over het water. En God zei: “Er moet licht komen.” En er kwam licht. En inderdaad, er kwam licht.

Een beetje context het heelal.

Direct na de oerknal was het heelal een onvoorstelbaar dichte en hete plek. Maar naarmate het uitdijde en afkoelde, begon de materie zich te organiseren. Eerst vormden protonen en neutronen de kernen van de lichtste elementen.

Na 380.000 jaar was de temperatuur zo gedaald dat elektronen zich aan deze kernen konden hechten, waardoor de eerste neutrale atomen ontstonden: voornamelijk waterstof en helium. En juist toen, in deze kosmische kindertijd, ontstond de chemie.

De eerste molecule.

De eerste chemische binding in het heelal was het heliumhydride-ion (HeH+). Een eenvoudige molecule, bestaande uit een neutraal heliumatom en een waterstofkern, dat wil zeggen een proton. Decennialang was de rol ervan bij het ontstaan van de eerste sterren het onderwerp van intense discussies en theoretische modellen.

Nu heeft een groep onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Kernfysica in Duitsland voor het eerst de reacties van deze molecule gereproduceerd onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met die in het vroege heelal. Het resultaat was een grote verrassing, die natuurkundigen zal dwingen hun ideeën over hoe de eerste vuren ontstonden te herzien.

De eerste sterren.

Na de vorming van neutrale atomen kwam het heelal in een periode die bekend staat als de ‘donkere eeuwen’. Er waren nog geen lichtgevende objecten zoals sterren. Om een ster te laten ontstaan, moest een gaswolk samendrukken tot een dichtheid en temperatuur die voldoende waren om kernfusie op gang te brengen. Maar er is één probleem: om onder invloed van de zwaartekracht zo sterk te kunnen samentrekken, moest de wolk warmte afvoeren.

Bij temperaturen onder 10.000 graden Celsius zijn waterstofatomen niet in staat om deze warmte af te geven. En hier komen moleculen in het spel. Heliumhydride (HeH+) kan gas veel efficiënter koelen dankzij zijn sterke dipoolmoment: het straalt warmte uit door fotonen uit te zenden tijdens rotatie en trillingen.

Er klopt iets niet.

Natuurkundigen dachten dat HeH+ een belangrijke koelstof was in het vroege heelal. Het probleem was dat HeH+ ook vernietigd kon worden bij botsingen met de alomtegenwoordige waterstofatomen. Tot nu toe voorspelden theoretische modellen dat de vernietigingsreactie sterk werd vertraagd door de zeer lage temperaturen in het vroege heelal, maar niemand had dit experimenteel getest.

De resultaten van het experiment, gepubliceerd in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics, zijn volkomen onverwacht. In tegenstelling tot alle voorspellingen vertraagt de reactie niet bij lage temperaturen. In feite blijft de snelheid vrijwel constant. Er vindt een zogenaamde ‘barrièreloze reactie’ plaats.