«Уэбб» нашёл в космосе линии молекулы H₃⁺, предсказанные 40 лет назад
С помощью телескопа «Уэбб» группа астрономов под руководством Дэвида Нойфельда из Университета Джонса Хопкинса впервые обнаружила слабое вращательное излучение катиона трёхатомного водорода (H₃⁺), предсказанное в 1986 году. Сигнал пришёл от газа за тысячи световых лет от нас; ранее его не наблюдали ни во Вселенной, ни в лаборатории.
H₃⁺ часто называют «молекулой, создавшей Вселенную»: она лежит в основе почти всей межзвёздной химии в газовой фазе и участвует в образовании сложных органических молекул. Её находили в межзвёздных облаках, и она отчасти отвечает за полярные сияния Юпитера.
Молекула состоит из трёх ядер водорода, образующих равносторонний треугольник, и двух электронов. Из-за симметрии у неё нет постоянного дипольного момента, поэтому обычные правила запрещают чисто вращательные переходы. В 1986 году Фу‑Ши Пан и Такэси Ока из Чикагского университета рассчитали, что центробежные силы при вращении слегка искажают форму молекулы и создают крошечный дипольный момент, допускающий очень слабое излучение.
Сигнал искали в наблюдениях объекта Хербига — Аро 168 (HH 168): это результат мощных выбросов вещества молодой звездой, которые врезаются в окружающее молекулярное облако и порождают ударные волны, нагревающие газ до тысяч градусов. Инфракрасное излучение, для которого предназначен «Уэбб», проникает сквозь пыль эффективнее видимого света и позволяет заглянуть внутрь этих звёздных колыбелей.
В спектре HH 168 команда нашла 26 отдельных линий, совпадающих с длинами волн запрещённых вращательных переходов H₃⁺, рассчитанными Паном и Окой. Все линии зарегистрированы с высокой статистической достоверностью, а самая сильная достигла значимости 72 сигмы. Распределение сигнала точно соответствовало излучению обычного молекулярного водорода (H₂).
Объяснить яркость излучения оказалось сложнее: одна модель хорошо воспроизводила излучение H₂, но недооценивала сигнал H₃⁺ в пять‑шесть раз, другая точнее соответствовала H₃⁺, но опиралась на условия за пределами подтверждённого диапазона её достоверности. То же характерное излучение нашлось в архивных наблюдениях «Уэбба» за другим объектом Хербига — Аро, HH 211.
Открытие может помочь понять физику гигантских ударных волн от новорождённых звёзд и то, что происходит с этой молекулой в таких условиях. По мнению исследователей, H₃⁺ может стать инструментом для изучения химии, превращающей простейший элемент Вселенной в сложные структуры.