Por primera vez en 40 años, el telescopio James Webb detecta radiación prohibida del ion hidrógeno triatomic

El telescopio espacial James Webb ha observado un tipo raro de luz emitida por el ion hidrógeno triatomic, conocido como H3+, en un descubrimiento sin precedentes tanto en el espacio como en los laboratorios.

Esta observación otorga a los científicos una nueva herramienta para estudiar la química cósmica y los gases calientes que rodean a las estrellas en formación.

El descubrimiento llega casi cuatro décadas después de que se predijera teóricamente este tipo de emisión, conocida como espectro rotacional puro del ion hidrógeno triatomic.

La investigación fue liderada por el investigador David Neufeld, de la Universidad Johns Hopkins, y sus resultados han sido aceptados para su publicación en la revista "Astrophysical Journal Letters".

La señal proviene de un gas caliente dentro del objeto "Herbig-Haro 168", situado en una región de formación estelar a unos 2.300 años luz de la Tierra.

Detección de la señal rara

El ion hidrógeno triatomic está compuesto por tres núcleos de hidrógeno que comparten dos electrones, adoptando una forma triangular equilátera que le confiere propiedades eléctricas distintivas.

Este ion carece de un momento dipolar eléctrico permanente, por lo que normalmente no emite radiación electromagnética durante su rotación.

Sin embargo, los astrofísicos Fu-Sheng Pan y Takeshi Oka predijeron en 1986 que el ion podría emitir una luz tenue debido a una ligera deformación que ocurre durante su giro.

La fuerza centrífuga provoca un cambio limitado en la simetría geométrica del ion, generando un pequeño momento eléctrico que permite emisiones de luz conocidas como "transiciones prohibidas".

Que se las describa como prohibidas no significa que violen las leyes de la física, sino que son transiciones débiles que no siguen las reglas espectrales habituales.

Durante unos 40 años, esta señal permaneció fuera del alcance de la detección debido a su extrema debilidad, hasta que el telescopio James Webb logró descubrirla utilizando el instrumento de infrarrojo medio MIRI.

Secretos de las moléculas cósmicas

Los objetos Herbig-Haro surgen cuando los chorros expulsados por estrellas recién nacidas chocan con los gases y el polvo circundantes.

Estos choques generan ondas de choque que calientan el gas a miles de grados, haciendo que brille y emita radiaciones detectables.

El telescopio James Webb pudo penetrar el polvo cósmico que rodea las regiones de formación estelar gracias a su capacidad para observar rayos infrarrojos.

Los investigadores identificaron 26 líneas espectrales emitidas por el ion hidrógeno triatomic, cada una con una significancia superior a cinco "sigma" en al menos una de las dos zonas de observación.

La línea espectral más intensa registró una significancia de 72 sigma, una medida estadística que indica que la probabilidad de que la señal sea producto del ruido aleatorio es extremadamente baja, y no una unidad de carga eléctrica.

Los resultados mostraron que las emisiones del ion hidrógeno triatomic siguen la distribución del hidrógeno molecular caliente dentro del gas afectado por las ondas de choque.

No obstante, los modelos actuales no han logrado explicar completamente la intensidad de la señal; algunos subestimaron las emisiones observadas entre cinco y seis veces.

En el futuro, estas líneas espectrales podrían ayudar a estudiar las tasas de ionización en los gases calientes alrededor de las estrellas jóvenes y comprender las reacciones químicas que ocurren en el espacio.