В то время, когда на космической обсерватории субмиллиметрового диапазона «Гершель» иссякли запасы охладителя, участники проекта утешали научное сообщество, что телескоп отключён, но миссия его не окончена. Новых наблюдений уже не будет, но того, что было накоплено за четыре почти года работы обсерватории, хватит на десятилетия научного анализа. Сейчас всё в руках самого сообщества: результаты наблюдений на «Гершеле», среди них и выполненные по заявкам конкретных групп, всецело выложены в открытый доступ. Исходя из этого авторам заявок необходимо спешить, дабы открытия, запрятанные в их данных, не сделал кто-то второй.
Само собой разумеется, в то время, когда наблюдения проводятся для ответа конкретной задачи, у автора заявки больше шансов взять увлекательный итог: он лучше всех знает, под каким углом необходимо разглядывать полученные спектры и снимки, дабы извлечь из них максимум занимательного. Но кроме того в заблаговременно продуманных наблюдениях находится место для случайных открытий. Одно из таких открытий представлено 13 декабря 2013 года Майклом Барлоу и его сотрудниками: изучая пыль в остатке сверхновой, они нашли в Космосе новую молекулу.
По большому счету, на «Гершеле» было пара наблюдательных программ, специально предназначенных для изучения молекулярного состава межзвёздного и околозвёздного вещества. Главным инструментом в этих программах был спектрограф HIFI, снабжавший достаточное спектральное разрешение для измерения молекулярных линий. В программе MESS (Mass-loss of Evolved Stars, утрата массы проэволюционировавшими звёздами), по которой замечали Барлоу с сотрудниками, такая задача не ставилась. Наблюдение, принёсшее неожиданный итог, имело целью определение содержания пыли в Крабовидной туманности. Для изучения пыли высокое спектральное разрешение не нужно, исходя из этого туманность замечали при помощи прибора SPIRE. В его состав кроме этого входил спектрограф, но, скажем так, рангом пониже, чем HIFI. Однако этого выяснилось достаточно, дабы заметить две ранее не наблюдавшиеся узкие линии излучения на частотах приблизительно 618 и 1 235 ГГц. Различие частот вдвое — характерный показатель вращательных переходов двухатомной молекулы. Сверив измеренные частоты со перечнем линий из Кёльнской базы данных молекулярной спектроскопии, авторы нашли единственное совпадение — вращательные линии ионизованного гидрида аргона ArH+.
Нельзя сказать, что это было ожидаемое совпадение. Аргон (и гелий, неон, криптон, радон и ксенон) вообще-то относится к инертным газам, каковые в силу изюминок устройства их атомов владеют очень низкой химической активностью. Но кое-какие соединения с их участием всё-таки вероятны. Молекулярный ион ArH+ образуется в реакции иона аргона с молекулой водорода: Ar+ + H2. В лаборатории такое сочетание создать возможно при помощи каких-нибудь хитростей, но вот растолковать одновременное наличие обоих реагентов в межзвёздном газе достаточно сложно. Потенциал ионизации у аргона выше, чем у водорода. В случае если высказать предположение, что аргон ионизован излучением пульсара, то необычно, что водород наряду с этим не только не ионизован, но по большому счету сохранился в молекулярной форме. Авторы заподозрили, что обстоятельством есть сильная неоднородность Крабовидной туманности, почему в ней соседствуют разреженные области, полностью просвеченные излучением пульсара, и плотные сгустки, в каковые излучение не попадает. В случае если в пограничном слое между разреженным и плотным газом происходит некое перемешивание, его может оказаться достаточно для производства некоего количества молекул ArH+.
Частоты линий молекул, в состав которых входят разные изотопы какого-либо элемента, мало разнятся, исходя из этого по спектру возможно выяснить не только атомарный, но и изотопный состав вещества. Линии, найденные в Крабовидной туманности, принадлежат иону гидрида аргона с изотопом 36Ar. На Земле самый распространён второй изотоп — 40Ar (кстати, третий по содержанию газ земной атмосферы), но земные запасы аргона организованы в основном радиоактивным распадом калия-40. На Солнце и в межзвёздной среде более распространён аргон-36, продукт взрывного синтеза, сопровождающего вспышку сверхновой. Исходя из этого в полной мере ожидаемо, что в остатке сверхновой 1054 года преобладает этот изотоп.
Молекула ArH+ — первое соединение инертного газа, найденное в межзвёздной среде, но нельзя исключать, что по окончании идентификации в Крабовидной туманности его удастся отыскать и в других местах. В частности, данной молекуле смогут принадлежать пока не опознанные линии в спектрах вторых объектов. Один из таких объектов — молекулярное облако Sgr B2, расположенное недалеко от центра Галактики и имеющее очень всевозможный молекулярный состав. Другими словами, он, возможно, не более разнообразен, чем молекулярный состав вторых туч, но облако Sgr B2 существенно лучше изучено. При наблюдениях на том же «Гершеле» в спектре Sgr B2 нашлась малоизвестная ранее линия поглощения на частоте 617,5 ГГц. По окончании наблюдений Крабовидной туманности появилось подозрение, что эта линия кроме этого в собственности молекуле 36ArH+, ареал которой, быть может, не исчерпывается неоднородностями в остатках сверхновых.
Имеется серия смешных рассказов про спор представителей различных профессий о том, чья древнее. В одной из предположений победителем выходит электрик, по причине того, что, в то время, когда Господь сообщил: «Да будет свет!», провода уже были совершены. Так и в этом случае: открытие-то неожиданное, но наряду с этим в Кёльнскую базу данных, применяемую в основном астрологами, переходы ArH+ уже были включены, причём не только для земного аргона-40, но и для космического аргона-36. Честно сообщу, я не думал, что другие гидриды и эта молекула инертных газов так прекрасно изучены и теоретически, и экспериментально. Вряд ли физики и химики, с 1960-х годов занимавшиеся изучением спектра молекулы ArH+ и химических реакций с её участием, предвидели, что в один раз всё это понадобится для изучения Крабовидной туманности. Такие изучения увлекательны и сами по себе: как же, инертные газы, а у них внезапно молекулы!
Имеется ещё один ионизованный гидрид инертного газа, поиски которого в космосе ведутся, наоборот, уже давно, но пока напрасно. Это соединение — молекула HeH+. Она увлекательна и с земной точки зрения – как несложная разноатомная молекула, на которой комфортно контролировать разные теоретические расчёты. Но ещё больший интерес она вызывает с позиций космологической. Ион гидрида гелия образуется в реакции объединения атома гелия с ионом водорода. Это, возможно, была самая первая химическая реакция во Вселенной, а ион HeH+ был самой первой молекулой, синтез которой предшествовал синтезу молекул H2 и на данный момент. Действительно, в соответствии с некоторым расчётам, на роль самой первой молекулы может кроме этого претендовать ещё более экзотическое соединение — He2+, — но его содержание кроме того в этих расчётах во все эры остаётся таким ничтожным (не выше 10-23 по числу частиц: на десять порядков ниже, чем у HeH+), что никакой роли в жизни Вселенной оно не игралось и не играется.
Иное дело — ион гидрида гелия. Его излучение в некоторых событиях должно играться ключевую роль в охлаждении вещества, к примеру, в воздухах белых карликов, где эта молекула возможно самым распространённым ионом, либо в ранней Вселенной, где никаких вторых охладителей просто не было. К сожалению, линии HeH+ приходятся на ближний и дальний ИК-диапазоны, не замечаемые с Почвы, так что встретиться с ним в ближней Вселенной возможно лишь из космоса. А вот с дальней Вселенной обстановка более обнадёживающая, потому, что красное смещение переносит линию HeH+ с лабораторной длиной волны 149 мкм в миллиметровый диапазон, что уже виден из-под воздуха. Такие попытки предпринимались, но пока с уверенностью найти излучение HeH+ не получилось, и его эволюция в ранней Вселенной остаётся полем деятельности для теоретиков. Но поиски, само собой разумеется, будут длиться, по причине того, что было бы очень заманчиво взять спектральную весточку с красного смещения порядка тысячи и убедиться в том, что химия в отечественной Вселенной началась с элемента, что мы сейчас вычисляем химически инертным.