Por primera vez, se ha logrado observar en el espacio hidruro de helio. Una molécula que se sospechaba que debería existir, desde hace décadas, y que por fin ahora se ha corroborado. No es un descubrimiento menor, porque nos permite explicar y entender el universo…

Hidruro de helio, la primera (y necesaria) molécula

Para entender esta noticia es necesario remontarnos a los orígenes del universo. A los primeros millones de años tras el Big Bang. Poco después del nacimiento del universo, tuvo lugar un proceso llamado nucleosíntesis primordial. Detrás de un nombre aparentemente críptico, se oculta la aparición de los primeros elementos en el universo. El hidrógeno, en menor medida el helio y, en una cantidad muchísimo más pequeña, el litio. Todos los elementos restantes procedieron del interior de estrellas, así como de otros fenómenos como las supernovas.

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La nebulosa planetaria NGC 7027, observada por el telescopio Hubble. Crédito: William B. Latter (SIRTF Science Center/Caltech)/NASA

Esto nos lleva a la aparición de las primeras estrellas del universo. Estrellas de un grupo llamado Población III. El Sol es de la Población I (y estrellas más antiguas y con menos abundancia de ciertos elementos son de Población II). Tuvo que haber una primera molécula para que pudiesen formarse todas las demás. Sin esa molécula primordial, no estaríamos aquí, simple y llanamente. Aquellas primeras estrellas, de población III, estarían formadas casi exclusivamente por hidrógeno. Pero no en forma de átomo, sino en forma de hidrógeno molecular.

El inconveniente es que ese hidrógeno molecular no se puede formar directamente a partir de la unión de átomos de hidrógeno. Tenía que darse una combinación anterior, el hidruro de helio. Las teorías apuntaban a que debió formarse, por primera vez, unos 100 000 años después del Big Bang. En aquel momento, el cosmos era todavía muy caliente y estaba formado únicamente por hidrógeno, helio y litio. Con el paso del tiempo, a medida que el universo se enfriaba, las condiciones fueron apropiadas para el nacimiento de las primeras estrellas.

El papel de los átomos de hidrógeno

La mayor parte del hidrógeno del universo existe en forma de hidrógeno molecular. En la actualidad, los átomos de hidrógeno sueltos son muy raros.
Son radicales libres y, por tanto, muy propensos a combinarse con otros átomos. El hidrógeno molecular, que está formado por dos átomos de hidrógeno (es decir, dos protones y dos electrones) es, sin embargo, muy estable. Las regiones de formación de estrellas (un tipo de nebulosa) son, en esencia, grandes nubes de hidrógeno molecular. La cuna de las nuevas estrellas que nacen en el universo.

Hidruro de helio: detectan la primera molécula del cosmos
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Concepto artístico de la detección de hidruro de helio en la nebulosa planetaria NGC 7027. Crédito: NASA/ESA/Hubble/Judy Schmidt

Por extraño que pueda parecer, dos átomos de hidrógeno no pueden unirse directamente. Necesitan interactuar primero con una molécula para poder formarse. Esa primera molécula, el hidruro de helio, es el primer paso en la química del universo. La teoría decía que tenía que existir. No solo eso, en 1925, se logró crearla también en laboratorio. Pero, pese a ello, nunca había sido observada en el espacio. Algo que, por otro lado, tampoco es de extrañar. Hay que recordar que el helio es un gas noble. Es, por tanto, muy poco frecuente que combine con otros átomos.

Por suerte, la teoría ha resultado ser correcta. En un estudio publicado en abril de 2019, un grupo de investigadores ha anunciado la detección de hidruro de helio en una nebulosa planetaria. Este tipo de nebulosa es el producto de una estrella, con una masa similar a la del Sol, que ha llegado al final de su vida y ha comenzado a expulsar sus capas exteriores al espacio. El hallazgo se ha producido, concretamente, en la nebulosa planetaria NGC 7027. Una vieja conocida porque ya desde la década de 1970 estaba bajo estudio.

Las observaciones de NGC 7027 en busca de hidruro de helio

Fue en aquella época cuando se determinó que, probablemente, las condiciones en NGC 7027 son las apropiadas para que se pueda formar esta molécula. Para observarla, han recurrido a SOFIA, un observatorio de la NASA que es muy particular. Se trata de un Boeing 727 modificado, que vuela a unos 15 kilómetros de altura. Es un telescopio que, desde la atmósfera, analiza el universo. En este caso en particular, con la ayuda del instrumento alemán GREAT. Una combinación así era necesaria para poder observar el interior de esa nebulosa.

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El observatorio estratosférico SOFIA. Crédito: NASA / Jim Ross

La estrella que genera NGC 7027 emite la cantidad apropiada de energía y radiación ultravioleta para permitir que se forme el hidruro de helio. Por sus características, esta nebulosa planetaria no es fácil de observar. SOFIA es un telescopio infrarrojo que, al tratarse de un observatorio móvil, es muy ágil. Puede actualizarse con la facilidad que no ofrece un telescopio espacial y, además, está libre de las interferencias atmosféricas a las que se enfrentan los observatorios terrestres. El instrumento GREAT fue ajustado para detectar, precisamente, la presencia de hidruro de helio.

Tras muchas búsquedas, en los datos encontraron la presencia de la molécula. Confirmando, por tanto, que esa primera molécula que, hasta ahora, solo aparecía en los modelos teóricos, es muy real. Es una victoria porque permite demostrar que entendemos la evolución del universo y el papel de los elementos en su desarrollo. Al hallarla ahí, se puede verificar que existe en la naturaleza y que, por tanto, en la infancia del universo, fue una pieza fundamental para permitir que la química se volviese mucho más compleja. Tanto que, un día, apareció la vida en la Tierra…

Estudio

El estudio es R. Güsten, H. Wiesemeyer, D. Neufeld, K. Menten et al; «Astrophysical detection of the helium hydride ion HeH+«. Publicado en la revista Nature el 17 de abril de 2019. Puede ser consultado en este enlace.

Referencias: Universe Today