在一項可能改寫我們對於宇宙早期星星形成理解的研究中，海德堡的馬克斯·普朗克核物理研究所（MPIK）揭示了氦氫化物（HeH⁺）這一宇宙中已知的最早分子所表現出的意外行為。這一發現顛覆了長期以來的預測，顯示即使在極低溫度下，HeH⁺仍然保持化學反應性，這些條件模擬了早期宇宙的環境。為了測試這一古老分子在大爆炸後的行為，研究人員在海德堡的低溫儲存環（CSR）重建了早期宇宙的條件。CSR 是全球唯一一個模擬接近絕對零度的太空環境的設施，透過將儲存的 HeH⁺ 離子與中性氘原子束碰撞，研究小組首次觀察到了該分子在超低溫下的反應速率。
HeH⁺ 是在大爆炸後不久形成的簡單分子，由一個氦原子和一個質子組成。它標誌著宇宙中化學鍵結的開始，為分子氫（H₂）奠定了基礎，這是驅動星星的燃料。數十年來，人們一直認為 HeH⁺ 在冷卻過程中扮演著被動角色，這一過程使原恆星得以凝聚並點燃。然而，新的實驗結果挑戰了這一敘述，研究人員發現，隨著溫度下降，HeH⁺ 與氘之間的反應不僅沒有減緩，反而保持了驚人的穩定性。這與早期模型的預測相矛盾，後者預測低溫下的反應性會大幅下降。
這一發現至關重要，因為在年輕宇宙中，所謂的「宇宙黑暗時期」之前，像 HeH⁺ 這樣的分子在冷卻原始氣體方面起著關鍵作用。有效的冷卻對於氣雲在重力作用下塌縮並形成星星是必要的。由於氫原子在低於 10,000°C 的條件下無法有效釋放熱量，因此像 HeH⁺ 這樣具有偶極矩的分子對於通過輻射釋放能量至關重要。HeH⁺ 也通過與氫原子的碰撞降解，產生的離子最終導致分子氫的形成。這一連鎖反應對於星星的形成至關重要，而新的發現暗示 HeH⁺ 在這一化學過程中的活躍程度遠超過之前的認識。
研究小組的結果揭示了舊有理論模型的缺陷。與理論物理學家 Yohann Scribano 合作，研究人員發現了用於預測 HeH⁺ 行為的潛在能量表面中的一個長期錯誤。修正這一表面使模擬結果與實驗數據一致，進一步加深了我們對早期宇宙化學的理解。這些發現與補充的理論研究一起發表，重新定義了 HeH⁺ 在星星形成中的角色，從一個被動旁觀者轉變為核心參與者。Kreckel 補充道：「HeH⁺ 與中性氫和氘的反應顯然比之前假設的要重要得多。」作為宇宙中最古老的分子，HeH⁺ 再次提醒我們，最早的化學仍然隱藏著跨越時間和空間的秘密。這項研究已發表在《天文學與天體物理學》期刊上。
