Цифровой журнал «Компьютерра» № 204

Частоты линий молекул, в состав которых входят различные изотопы какого-либо элемента, немного разнятся, поэтому по спектру можно определить не только атомарный, но и изотопный состав вещества. Линии, обнаруженные в Крабовидной туманности, принадлежат иону гидрида аргона с изотопом ³⁶Ar. На Земле наиболее распространён другой изотоп — ⁴⁰Ar (кстати, третий по содержанию газ земной атмосферы), но земные запасы аргона сформированы главным образом радиоактивным распадом калия-40. На Солнце и в межзвёздной среде более распространён аргон-36, продукт взрывного нуклеосинтеза, сопровождающего вспышку сверхновой. Поэтому вполне ожидаемо, что в остатке сверхновой 1054 года преобладает именно этот изотоп.

Молекула ArH⁺ — первое соединение инертного газа, обнаруженное в межзвёздной среде, однако не исключено, что после идентификации в Крабовидной туманности его удастся найти и в других местах. В частности, этой молекуле могут принадлежать пока не опознанные линии в спектрах других объектов. Один из таких объектов — молекулярное облако Sgr B2, расположенное близ центра Галактики и имеющее крайне разнообразный молекулярный состав. То есть, он, может быть, не более разнообразен, чем молекулярный состав других облаков, но облако Sgr B2 значительно лучше изучено. При наблюдениях на том же «Гершеле» в спектре Sgr B2 была найдена неизвестная ранее линия поглощения на частоте 617,5 ГГц. После наблюдений Крабовидной туманности возникло подозрение, что эта линия также принадлежит молекуле ³⁶ArH⁺, ареал которой, возможно, не ограничивается неоднородностями в остатках сверхновых.

Есть серия анекдотов про спор представителей разных профессий о том, чья древнее. В одной из версий победителем выходит электрик, потому что, когда Господь сказал: «Да будет свет!», провода уже были проведены. Так и в данном случае: открытие-то неожиданное, но при этом в Кёльнскую базу данных, используемую преимущественно астрономами, переходы ArH⁺ уже были включены, причём не только для земного аргона-40, но и для космического аргона-36. Честно скажу, я не предполагал, что эта молекула и другие гидриды инертных газов так хорошо изучены и теоретически, и экспериментально. Вряд ли химики и физики, с 1960-х годов занимавшиеся исследованием спектра молекулы ArH⁺ и химических реакций с её участием, предвидели, что однажды всё это пригодится для исследования Крабовидной туманности. Такие исследования интересны и сами по себе: как же, инертные газы, а у них вдруг молекулы!

Есть ещё один ионизованный гидрид инертного газа, поиски которого в космосе ведутся, напротив, уже давно, но пока безрезультатно. Это соединение — молекула HeH. Она интересна и с земной точки зрения — как простейшая разноатомная молекула, на которой удобно проверять различные теоретические расчёты. Но ещё больший интерес она вызывает с точки зрения космологической. Ион гидрида гелия образуется в реакции объединения атома гелия с ионом водорода. Это, вероятно, была самая первая химическая реакция во Вселенной, а ион HeH⁺ был самой первой молекулой, синтез которой предшествовал синтезу молекул H₂ и HD. Правда, согласно некоторым расчётам, на роль самой первой молекулы может также претендовать ещё более экзотическое соединение — He₂⁺, — но его содержание даже в этих расчётах во все эпохи остаётся настолько ничтожным (не выше 10_-23 по числу частиц: на десять порядков ниже, чем у HeH⁺), что никакой роли в жизни Вселенной оно не играло и не играет.

Иное дело — ион гидрида гелия. Его излучение в некоторых обстоятельствах должно играть важную роль в охлаждении вещества, например, в атмосферах белых карликов, где эта молекула может быть самым распространённым ионом, или в ранней Вселенной, где никаких других охладителей просто не было. К сожалению, линии HeH⁺ приходятся на ближний и дальний ИК-диапазоны, не наблюдаемые с Земли, так что увидеть его в ближней Вселенной можно только из космоса. А вот с дальней Вселенной ситуация более обнадёживающая, поскольку красное смещение переносит линию HeH⁺ с лабораторной длиной волны 149 мкм в миллиметровый диапазон, который уже виден из-под атмосферы. Такие попытки предпринимались, но пока уверенно обнаружить излучение HeH⁺ не получилось, и его эволюция в ранней Вселенной остаётся полем деятельности для теоретиков. Но поиски, конечно, будут продолжаться, потому что было бы весьма заманчиво получить спектральную весточку с красного смещения порядка тысячи и убедиться в том, что химия в нашей Вселенной началась с элемента, который мы теперь считаем химически инертным.

К оглавлению

Настольные игры как источник знаний Василий Щепетнёв

Опубликовано 16 декабря 2013