Команда астрономов под руководством Дэвида Нойфельда из Университета Джонса Хопкинса с помощью телескопа James Webb обнаружила уникальный световой сигнал катиона тригидрогена (H3+). Это излучение, возникающее при вращении молекулы, предсказывалось теоретически с 1986 года, но ранее не фиксировалось ни в космосе, ни в земных лабораториях.
Обнаружение этого сигнала поможет ученым лучше понять физику гигантских ударных волн, которые создают новорожденные звезды, и изучить поведение критически важной молекулы в экстремальных условиях.
Природа «запрещенного» сигнала
Молекула тригидрогена состоит из трех ядер водорода и двух электронов, образуя равносторонний треугольник. Из-за такой симметрии у нее нет постоянного дипольного момента, что делает ее вращательный спектр «запрещенным» согласно обычным правилам молекулярного излучения.
Однако в 1986 году физики Фу-Ши Пан и Такеши Ока из Чикагского университета рассчитали, что центробежные силы при вращении могут слегка искажать форму молекулы. Это создает крошечный электрический дипольный момент, позволяющий излучать очень слабый свет. В течение четырех десятилетий этот сигнал оставался невидимым из-за своей малой интенсивности.
Объекты Herbig-Haro
Для поиска сигнала ученые обратились к объектам Herbig-Haro — это области, где мощные струи вещества из молодых звезд на огромной скорости сталкиваются с окружающим молекулярным облаком. Эти столкновения создают ударные волны, разогревающие газ до тысяч градусов.
Поскольку такие процессы часто происходят внутри плотных туманностей, они скрыты от видимого света. Инфракрасный диапазон James Webb позволяет проникать сквозь пыль и видеть происходящее в этих «звездных яслях».
Результаты наблюдений
При изучении объекта Herbig-Haro 168 (HH 168) исследователи обнаружили серию крайне слабых спектральных линий, длины волн которых совпали с расчетами Пана и Ока. Всего было выявлено 26 различных линий с высокой статистической достоверностью; самая сильная из них достигла уровня 72 сигма.
Интересно, что интенсивность излучения оказалась значительно выше, чем предсказывали модели. Кроме того, сигнал тригидрогена повторял распределение обычного молекулярного водорода (H2), что указывает на их общую реакцию на воздействие ударных волн.
Позже ученые проверили архивные данные James Webb по другому объекту — HH 211 — и обнаружили там аналогичное излучение. Теперь катион тригидрогена может стать инструментом для изучения химических процессов, превращающих простейший элемент Вселенной в сложные органические структуры.
