在大爆炸后的數(shù)億年間，宇宙一片漆黑。大量的熱氫原子與負氫離子遍布在整個宇宙空間。據(jù)我們所知，宇宙的形成起始于原子和離子配對生成氫分子，后者將氣體云中的熱量排出，使它們能夠逐漸冷卻，從而形成第一批行星。

然而分子氫的形成到底需要多長時間？宇宙歷史的這一篇章一直不為人們所知。如今，通過在實驗室中再次還原這些早期氣態(tài)云的化學反應，研究人員終于確定了氫原子與負氫離子在這鍋“原湯”中的結合速度。這一結果為天體物理學家探尋第一批恒星的質(zhì)量提供了有力支持，將恒星質(zhì)量評估中的不確定性從20倍降到了2倍。

美國哈佛大學的理論物理學家AviLoeb表示，這項試驗“排除了對第一批氣體云的化學與冷卻速度的理論模擬的一個最主要的不確定性”。Loeb說，如今，理論學家對于化學反應有了一個更好的理解，他們可以將這些信息輸入計算機模型，從而探究第一批恒星的特性。

文章作者之一、哥倫比亞大學天體物理學實驗室的研究人員DanielSavin指出，盡管氫原子與負氫離子的結合只是一個“令人驚訝的簡單反應，但對它的理解卻相當匱乏”，這是因為很難在實驗室中生成這兩種元素。為了使這一切成為可能，Savin和他的同事，包括現(xiàn)今在美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校任職的HolgerKreckel，首次制造出一個負氫離子束，并將其送入一段管道。隨后，這束負氫離子通過一個腔室，在這里一束激光將7%的負氫離子的額外電子敲掉，從而讓混合的氫原子與負氫離子在管道的更遠處彼此反應。在該儀器的最末端，研究人員統(tǒng)計了這一反應到底生成了多少氫分子。

Savin表示：“結果表明分子氫的形成速度要快于之前的估計。”他說：“這可能也意味著第一批恒星的形成要快于之前的預測。”搞清反應發(fā)生的速度是非常重要的，但是還不足以確定第一批恒星的質(zhì)量。Savin說：“這是因為我們并不確切知道第一批恒星生成時的初始條件，我們還沒有確實地了解質(zhì)量的分配情況。”

在一篇相關的評論文章中，美國奧斯汀市得克薩斯大學的天體物理學家VolkerBromm寫道，搞清分子氫的形成有多快將幫助科學家模擬第一批恒星的形成，以及宇宙結構隨著時間流逝的進化情況。這是因為第一批恒星的特性、行為和命運會影響隨后發(fā)生的宇宙事件，例如原始星系的形成與分布。Bromm寫道：“實際上，這是此項研究非常迷人的一面，微觀物理學進程竟然能夠擁有如此大規(guī)模的宇宙學含義。”

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