如果有人问道：宇宙中发生的第一个化学反应的产物是什么？相信就算是学过多年化学的人，大多都会瞬间一脸懵：这个问题有点难啊？化学老师好像没教过啊？答不上来没关系。其实，这不赖化学老师，长期以来，连科学家们都不知道这个产物究竟藏在宇宙中的什么地方。但毕竟挂着“第一”的名号，这个产物尤为重要，因此，天文学家们花了几十年的时间，在茫茫宇宙中孜孜不倦地寻找着它的身影，直到最近，他们终于如愿以偿！
2019年4月17日，一个研究小组在《自然》（Nature）上发表论文宣布，他们在行星状星云NGC 7027中探测到氦合氢离子（HeH+）[1]。这是人们第一次在现代宇宙中探测到这种离子，而它，就是名副其实的宇宙中第一个化学反应的产物。
HeH+是宇宙大爆炸后38万年的时候，经历高温致密状态后的宇宙，伴随着膨胀开始降温，此时温度已经降低到4000开尔文（K）以下。
这时，在大爆炸核合成时期产生的轻元素（那个时候只有氢、氦和极少的锂）的离子开始重新结合。氦离子（He2+和He+）首先与自由电子结合，形成宇宙中最早的中性原子。氢元素的重新结合也在随后发生。虽然化学课本告诉我们，氦是惰性气体，在今天地球上常温常压的条件下很难发生化学反应。
但是，在宇宙早期阶段高温致密的环境里，情况却完全不同，中性氦原子会与质子结合形成氦合氢离子——这就发生了宇宙中的第一个化学反应，产物中包含了宇宙中最早的化学键。
尽管在早期宇宙的演化过程中，氦合氢离子发挥着非常重要的作用，天文学家却始终没有在星际空间中探测到它的存在，因此也无法证明化学诞生过程中这至关重要的第一步。
造成这一状况的原因是他们使用的太空望远镜没办法把氦合氢离子的信号从其他分子发出的混杂信号中识别出来。正如这篇论文的通讯作者、德国马克斯·普朗克射电天文研究所的罗尔夫·居斯腾（Rolf Güsten）所说：“数十年来，在星际空间中找不到这种离子存在的证据将天文学置于左右为难的境地中。”[2]
从2016年开始，天文学家尝试借助于同温层红外线天文台（Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy，SOFIA）进行探测。这是一个由美国国家航空航天局（NASA）和德国航空航天中心（German Aerospace Center，DLR）联合发起的空基天文台，实际是把观测设备搭载在一家波音747SP宽体客机上。
这次帮助天文学家发现氦合氢离子的设备，就是在最近的一次设备升级中加装的德国太赫兹频率接收器（German Receiver at Terahertz Frequencies，GREAT）。这台仪器有点像我们听广播使用的收音机，天文学家将它调频到希望寻找的这种离子的发射频率上，就像我们把收音机调台到想听的那个频道上一样。
首次发现氦合氢离子令居斯腾和很多天文学家感到激动，一场长久的搜寻终于有了一个完美的结局。在大爆炸理论的基础上，我们形成了对早期宇宙化学的理解，同时推断出它如何经过上百亿年的时间演化成今天宇宙中的复杂的化学。第一个化学反应的出现无疑是其中一个关键的部分。氦合氢离子的发现打消了我们曾有的顾虑，使得我们可以继续信任已有的理论，并且指引我们去发现宇宙更深层次的秘密。