Teoretyczne przewidywania tego zjawiska sięgają natomiast 1986 roku. Niestety, trzeba było wielu lat, aby współczesne teleskopy stały się odpowiednio zaawansowane, żeby potwierdzić jego istnienie. Wyniki najnowszych badań powinny pomóc naukowcom lepiej zrozumieć chemię przestrzeni międzygwiazdowej i procesy zachodzące podczas narodzin gwiazd.
Czytaj też: Badacze stworzyli własny wszechświat. Wykorzystali go do zrozumienia czasu
Bohaterem odkrycia jest jon trójwodoru, składający się z trzech jąder wodoru i zaledwie dwóch elektronów. Choć jego budowa jest wyjątkowo prosta, odgrywa on fundamentalną rolę w chemii kosmosu. Uczestniczy w reakcjach chemicznych zachodzących w obłokach międzygwiazdowych, prowadzących między innymi do powstawania coraz bardziej złożonych cząsteczek organicznych.
Naukowcy od dawna wiedzieli, że H₃⁺, bo tak go oznaczają, powinien emitować określony rodzaj promieniowania podczas ruchu obrotowego. Problem polegał jednak na tym, że jego wykrycie wydawało się niemal niemożliwe. Dlaczego obserwacja była tak trudna? Trzy jądra wodoru w jonie H₃⁺ tworzą układ o kształcie trójkąta równobocznego. Dzięki tej symetrii cząsteczka nie posiada trwałego momentu dipolowego, czyli charakterystycznego rozdzielenia ładunków elektrycznych. W konsekwencji nie powinna emitować promieniowania podczas zwykłych przejść rotacyjnych.
Już w 1986 roku fizycy Fu-Shih Pan i Takeshi Oka przewidzieli jednak, iż istnieje pewien wyjątek. Podczas szybkiego obrotu siły odśrodkowe powodują niewielkie odkształcenie cząsteczki. Powstaje wówczas bardzo słaby moment dipolowy, umożliwiający emisję promieniowania. Takie przejścia – zwane zabronionymi – nie łamią praw fizyki, ale jednocześnie nie są dozwolone według standardowych reguł opisujących emisję promieniowania przez cząsteczki. Ich intensywność jest tak niewielka, że przez cztery dekady nie udało się ich potwierdzić eksperymentalnie.
Przełom nastąpił dzięki obserwacjom obiektu Herbig-Haro 168 (HH 168). Zespół astronomów z Davidem Neufeldem z Johns Hopkins University na czele przeanalizował dane z instrumentu MIRI teleskopu Jamesa Webba, rejestrującego promieniowanie podczerwone. Co istotne, obiekty Herbig-Haro powstają podczas narodzin młodych gwiazd. Silne pola magnetyczne wyrzucają część otaczającej je materii w postaci wąskich strumieni, które mogą osiągać prędkości setek kilometrów na sekundę. Gdy uderzają one w otaczające obłoki gazu, powstają fale uderzeniowe rozgrzewające materię do tysięcy stopni.
Czytaj też: Struktura lodu w obiekcie 3l/ATLAS nie zgadza się z naszym układem. Rewolucyjna detekcja teleskopu Webba
Wśród promieniowania emitowanego przez rozgrzany gaz badacze zidentyfikowali 26 linii widmowych odpowiadających przewidywanym przejściom rotacyjnym H₃⁺. Najsilniejszy sygnał osiągnął istotność statystyczną 72 sigma, co stanowi wyjątkowo mocne potwierdzenie obserwacji. Jakby tego było mało, podobny sygnał pojawił się również w archiwalnych danych dotyczących innego obiektu – Herbig-Haro 211. Sugeruje to, że zjawisko nie ogranicza się do jednego miejsca we wszechświecie. Poza potwierdzeniem czterdziestoletniej prognozy, emisja H₃⁺ może stać się nowym narzędziem do badania temperatury, jonizacji i warunków fizycznych w obszarach, w których młode gwiazdy oddziałują z otaczającą materią.
Źródło: arXiv
