早在恒星照亮天空之前，宇宙是一个炽热、致密的地方，简单的化学反应悄然为随后发生的一切奠定了基础。科学家现已重现了宇宙中形成的第一种分子——氢化氦，并发现它在恒星诞生过程中发挥的作用远超我们之前的认知。利用特殊的超冷实验室装置，他们模拟了130多亿年前的环境条件，发现这种古老分子帮助宇宙冷却到了恰好能让恒星点燃的程度。他们的发现可能会改写宇宙如何从黑暗走向光明的部分演化历程。
现存最古老的分子是氦氢离子（HeH+），由一个中性氦原子和一个电离氢核形成。这标志着导致分子氢（H2）形成的一系列连锁反应的开端，而分子氢是宇宙中迄今为止最常见的分子。
复合之后是宇宙学的“黑暗时代”：尽管由于自由电子的结合，宇宙此时已经变得透明，但仍然没有恒星等发光天体。又过了数亿年，第一批恒星才形成。
然而，在宇宙的这一早期阶段，HeH⁺和H2等简单分子对于第一批恒星的形成至关重要。为了使原恒星的收缩气体云坍缩到能够启动核聚变的程度，必须耗散热量。这通过激发原子和分子的碰撞发生，随后这些原子和分子以光子的形式发射出这部分能量。然而，在低于约10,000摄氏度时，这一过程对于占主导地位的氢原子变得无效。进一步的冷却只能通过能够通过转动和振动发射额外能量的分子来进行。由于其显著的偶极矩，HeH⁺离子在这些低温下特别有效，长期以来一直被认为是第一批恒星形成过程中冷却的重要候选物质。因此，宇宙中氦氢离子的浓度可能显著影响早期恒星形成的效率。
在此期间，与自由氢原子的碰撞是HeH⁺主要的降解途径，形成一个中性氦原子和一个H2⁺离子。这些产物随后与另一个H原子反应，形成中性H2分子和一个质子，从而导致分子氢的形成。
海德堡马克斯·普朗克核物理研究所（MPIK）的研究人员现已首次在类似于早期宇宙的条件下成功重现了这一反应。他们研究了HeH⁺与氘的反应，氘是氢的一种同位素，其原子核中除质子外还包含一个额外的中子。当HeH⁺与氘反应时，会生成HD⁺离子而不是H2⁺，同时生成中性氦原子。
该实验是在海德堡MPIK的低温存储环（CSR）中进行的——这是全球唯一一台用于在类太空条件下研究分子和原子反应的仪器。为此，HeH⁺离子被储存在直径35米的离子存储环中，在数开尔文（-267 °C）的温度下保存长达60秒，并与中性氘原子束叠加。通过调节两个粒子束的相对速度，科学家们能够研究碰撞率如何随碰撞能量变化，而碰撞能量与温度直接相关。
他们发现，与早期的预测相反，该反应进行的速率并不随温度降低而减慢，而是几乎保持不变。来自MPIK的Holger Kreckel博士解释说：“先前的理论预测在低温下反应概率会显著下降，但无论是在实验中还是在同事们的新理论计算中，我们都无法验证这一点。”他继续说道：“因此，HeH⁺与中性氢和氘的反应对于早期宇宙化学的重要性似乎比之前认为的要大得多。”这一观察结果与Yohann Scribano领导的理论物理学家小组的发现一致，该小组发现了此前所有针对该反应的计算中所使用的势能面计算存在错误。使用改进后的势能面进行的新计算现在与CSR实验结果紧密吻合。
由于HeH⁺和分子氢（H2或HD）等分子的浓度在第一批恒星的形成中发挥了重要作用，这一结果使我们离解开恒星形成之谜更近了一步。