Idruro di elio: perché la prima molecola è così importante

La scoperta della molecola più vecchia dell'Universo ha fatto il giro del mondo: ecco perché la ricerca dell'idruro di elio nello Spazio era così fondamentale.

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Illustrazione: rappresentazione della nebulosa planetaria NGC 7027 e, in primo piano, dell'idruro di elio, la molecola primordiale dell'Universo bambino.|SOFIA Science Center

Anni di ricerche: anni, perché la teoria (solida) non era finora mai stata confortata da prove sperimentali. La notizia è che è stata rilevata l'esistenza di una molecola tipica dell'Universo primordiale, immediatamente (o quasi) dopo il Big Bang, circa 13,8 miliardi di anni fa, quando gli ioni degli elementi più leggeri (gli unici esistenti, peraltro) si sono ricombinati a formare lo ione molecolare di idruro di elio (HeH+).

 

L'importanza dell'annuncio, giustamente enfatizzato dai circuiti scientifici (e non solo) di tutto il mondo, è duplice: conferma alcune ipotesi che abbiamo sull'evoluzione dell'Universo e... la fondamentale molecola è stata effettivamente rilevata.

 

Big Bang, Universo primordiale, formazione degli elementi chimici, nucleosintesi, idruro di elio
Con il Big Bang si formarono soprattutto idrogeno ed elio, e piccole parti di litio. Infografica: la Tavola Periodica degli Elementi dal Big Bang a oggi. | Eugen Domentean / Shutterstock

 

Il successo della ricerca è arrivato anche grazie all'uso osservatorio stratosferico per l'astronomia agli infrarossi SOFIA, una collaborazione tra Nasa e DLR (l'Agenzia spaziale tedesca): uno speciale "telescopio aereo" che ha sede a bordo di un Boeing 747SP, per condurre osservazioni dalla stratosfera - a circa 12 km d'altezza dal livello del mare.

 

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L'aereo è l'osservatorio stratosferico per l'astronomia agli infrarossi SOFIA, per oseervazioni dalla stratosfera. Per approfondire: l'atmosfera della Terra (com'è fatta, fino a dove arriva). | Nasa, DLR

La prima molecola. Quando l'Universo era nato da poco, la chimica era piuttosto semplice: c'erano atomi di giusto tre elementi, idrogeno, elio e un po' di litio. Circa 100.000 anni dopo il Big Bang questi elementi iniziarono a combinarsi e a formare la più semplice delle molecole allora possibili, l'idruro di elio.

 

Fu allora che l'Universo iniziò seriamente a raffreddarsi, e l'idruro di elio si combinò con altro idrogeno in reazioni che diedero origine alla molecola di idrogeno (H2), e l'idrogeno molecolare è il mattone fondamentale della formazione delle stelle. Col tempo, le stelle diedero poi origine a tutti gli elementi che oggi conosciamo.

 

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La traccia dell'idruro di elio (HeH+) rilevata dai sensori di SOFIA. | SOFIA Science Center

Stando alla teoria, quella primitiva combinazione molecolare doveva essere ancora in circolazione, ed è stata rilevata grazie a uno studio estremamente mirato (pubblicato su Nature): l'osservatorio SOFIA l'ha rilevata in una nebulosa planetaria, NGC 7027, residuo di ciò che un tempo doveva essere una stella simile al Sole, a circa 3.000 anni luce da noi nella Costellazione del Cigno.

 

Gli astronomi hanno puntato in quella direzione non a caso: l'ipotesi, confermata dai fatti, era che in quella regione vi fossero condizioni compatibili con quel tipo di chimica. SOFIA è uno strumento che funziona come un ricevitore radio: gli scienziati si sintonizzano sulla frequenza emessa da una molecola che stanno cercando (in modo simile a chi cerca una frequenza radio in FM), e quando arriva, il segnale viene raccolto in tempo reale - e in questo caso, anche forte e chiaro.

 

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Sappiamo ancora poco delle prime migliaia di anni dell'Universo, ma la scoperta dello ione molecolare di idruro di elio è fondamentale perché conferma che le ipotesi sono corrette. | Nasa

 

Così tutto torna. La scoperta conferma le ipotesi sul modo con il quale si è evoluto l'Universo ai suoi inizi, e questo è un pilastro fondamentale per la nostra "costruzione mentale" del Cosmo. «La mancanza di prove dell'esistenza dell'idruro di elio nello Spazio interstellare era un vero dilemma per l'astronomia, ma ora molti pezzi delle nostre teorie vanno al loro giusto posto», è il commento di Rolf Güsten (Max-Planck Institut für Radioastronomie, Germania), primo firmatario dello studio.

27 Aprile 2019 | Luigi Bignami