Впервые за 40 лет: телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил запрещенное излучение иона тригидрогена

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил редкий тип света, испускаемого ионом тригидрогена (H3+), что стало первым подобным открытием как в космосе, так и в лабораторных условиях.

Это наблюдение предоставляет ученым новый инструмент для изучения космохимии и горячих газов вокруг формирующихся звезд.

Открытие состоялось спустя около четырех десятилетий после теоретического прогноза этого типа излучения, известного как чисто вращательный спектр иона тригидрогена.

Исследование возглавил научный сотрудник Дэвид Ньюфилд из Университета Джонса Хопкинса; его результаты были приняты к публикации в журнале «Astrophysical Journal Letters».

Сигнал исходил от горячего газа внутри объекта «Хербиг — Харо 168», расположенного в области звездообразования на расстоянии примерно 2300 световых лет от Земли.

Обнаружение редкого сигнала

Ион тригидрогена состоит из трех ядер водорода, разделяющих два электрона, и имеет форму равностороннего треугольника, что придает ему уникальные электрические свойства.

У этого иона отсутствует постоянный дипольный момент, поэтому он обычно не излучает электромагнитные волны при вращении.

Однако астрофизики Фу Ши Бан и Такеши Ока в 1986 году предсказали, что ион может испускать слабый свет из-за небольшого искажения, возникающего во время вращения.

Центробежная сила вызывает ограниченное изменение геометрической симметрии иона, создавая небольшой электрический момент, который позволяет происходить оптическим эмиссиям, известным как «запрещенные переходы».

Название «запрещенные» не означает нарушения законов физики, а указывает на слабые переходы, которые не происходят согласно обычным спектральным правилам.

Этот сигнал оставался необнаруженным около 40 лет из-за своей крайне низкой интенсивности, пока телескоп «Джеймс Уэбб» не смог его зарегистрировать с помощью инструмента среднего инфракрасного диапазона MIRI.

Тайны космических молекул

Объекты «Хербиг — Харо» возникают, когда струи, выбрасываемые молодыми звездами, сталкиваются с окружающими их газами и пылью.

Это столкновение порождает ударные волны, нагревающие газ до тысяч градусов, заставляя его светиться и излучать радиацию, которую можно наблюдать.

Телескоп «Джеймс Уэбб» смог проникнуть сквозь космическую пыль, окружающую области звездообразования, благодаря своей способности регистрировать инфракрасное излучение.

Исследователи определили 26 спектральных линий, исходящих от иона тригидрогена, каждая из которых превышала уровень значимости в пять «сигма» по крайней мере в одной из двух зон наблюдения.

Самая сильная спектральная линия показала статистическую значимость 72 сигма — меру, указывающую на то, что вероятность случайного происхождения сигнала крайне мала; это не единица измерения электрического заряда.

Результаты показали, что излучение иона тригидрогена следует распределению горячего молекулярного водорода внутри газа, затронутого ударными волнами.

Однако существующие модели не смогли полностью объяснить интенсивность сигнала: некоторые из них занижали оценку наблюдаемых излучений в пять–шесть раз.

В будущем эти спектральные линии могут помочь в изучении скоростей ионизации внутри горячих газов вокруг рождающихся звезд и в понимании химических реакций, происходящих в космосе.