Desvelan los detalles de las primeras reacciones químicas que tuvieron lugar en el Universo

Los investigadores han dado luz a nuevos conocimientos sobre las vías de reacción química de la primera molécula en el espacio. El ion HeH⁺ fue la primera molécula que se formó en el Universo primitivo, antes del nacimiento de las primeras estrellas.

Científicos del Instituto Max Planck de Física Nuclear (MPIK), en Heidelberg, Alemania, han proporcionado nuevas claves sobre los procesos químicos que permitieron el nacimiento de las primeras estrellas en el Universo.

Mediante un experimento pionero en el Cryogenic Storage Ring (CSR), el equipo liderado por el Dr. Holger Kreckel logró recrear por primera vez, bajo condiciones análogas a las del cosmos primitivo, la reacción entre el ion de hidruro de helio (HeH⁺) y átomos de deuterio, un isótopo del hidrógeno.

Primeros procesos químicos

La investigación, detallada en un nuevo estudio publicado en la revista Astronomy & Astrophysics, desafía teorías anteriores y redefine nuestro entendimiento de la química en los albores cósmicos. Luego del Big Bang, que tuvo lugar hace unos 13.800 millones de años, el Universo experimentó un enfriamiento acelerado que permitió la formación de los primeros átomos de hidrógeno y helio, aún en estado ionizado.

Al transcurrir casi 380.000 años, la recombinación de electrones libres dio lugar a átomos neutros, iniciando la llamada “edad oscura” del cosmos, en la cual el espacio no emitía luz estelar. Durante este período, la aparición de moléculas simples como HeH⁺ y H₂ fue determinante para enfriar las densas nubes de gas y desencadenar la formación de estrellas, propiciando posteriormente el "amanecer cósmico".

El HeH⁺, formado por un átomo neutro de helio y un protón de hidrógeno ionizado, es el primer compuesto molecular que surgió en el Universo. Gracias a su carácter dipolar pronunciado, puede emitir energía adicional a través de rotaciones y vibraciones a bajas temperaturas, específicamente por debajo de los 10.000 °C, superando el limitado enfriamiento que ofrecen los átomos de hidrógeno convencionales.

Según una nota de prensa, el ion de hidruro de helio desempeña un papel clave como agente disipador de calor en el colapso de nubes protoestelares: ese papel fue vital en los inicios del cosmos. Para reproducir estas reacciones, el MPIK empleó su anillo de almacenamiento criogénico de 35 metros de circunferencia, manteniendo los HeH⁺ confinados durante hasta 60 segundos a una temperatura de –267 °C.

Desvelando el nacimiento de las primeras estrellas

Una vez estabilizados los átomos de HeH⁺, se superpusieron haces de átomos de deuterio y se ajustó con precisión la energía relativa de colisión, equivalente a la temperatura del entorno experimental. Con esta técnica, los investigadores midieron directamente la tasa de reacciones que degradan HeH⁺, proceso clave en la ruta hacia la formación de H₂ y, por consiguiente, de las primeras estrellas.

A pesar de lo predicho por modelos teóricos anteriores, los resultados mostraron que la probabilidad de reacción se mantiene prácticamente constante al disminuir la temperatura, en lugar de decaer significativamente. “Las teorías previas predecían una caída notable de la tasa de reacción a bajas temperaturas, pero ni el experimento ni las nuevas simulaciones teóricas han corroborado este comportamiento”, explicó el Dr. Kreckel en el comunicado.

Los hallazgos sugieren que las colisiones entre HeH⁺ y átomos neutros (hidrógeno y deuterio) fueron mucho más eficaces en el cosmos temprano de aquello que se creía hasta ahora.

Teniendo en cuenta que la abundancia y el comportamiento de moléculas como HeH⁺ y H₂ determinan la eficiencia del enfriamiento y, por lo tanto, la capacidad de las nubes protoestelares para alcanzar temperaturas donde la fusión nuclear se inicia, este trabajo representa un avance decisivo para desentrañar el misterio de la formación de las primeras estrellas en el cosmos primitivo.