Το κατιόν τριυδρογόνου (H3+) χαρακτηρίζεται συχνά από την επιστημονική κοινότητα ως το μόριο που διαμόρφωσε το σύμπαν. Παρότι η παρουσία του στο Σύμπαν είναι γνωστή εδώ και δεκαετίες, η ανίχνευση ενός συγκεκριμένου τύπου ακτινοβολίας του αποτελούσε μέχρι σήμερα γρίφο.
Για να γίνει κατανοητό το μέγεθος της ανακάλυψης που πέτυχε η ερευνητική ομάδα του David Neufeld από το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins, είναι απαραίτητο να εξεταστεί ο λόγος για τον οποίο το συγκεκριμένο σήμα χαρακτηρίζεται απαγορευμένο.
Το γεωμετρικό παράδοξο και το θεωρητικό παραθυράκι
Για να εκπέμψει ένα μόριο ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία καθώς περιστρέφεται, απαιτείται κατά κανόνα μια ασυμμετρία στην κατανομή του ηλεκτρικού του φορτίου, δηλαδή μια μόνιμη ηλεκτρική διπολική ροπή. Το κατιόν H3+ αποτελείται από τρεις πυρήνες υδρογόνου που μοιράζονται δύο ηλεκτρόνια, σχηματίζοντας ένα απόλυτα συμμετρικό ισόπλευρο τρίγωνο. Αυτή η τέλεια ισορροπία σημαίνει ότι καθώς το μόριο περιστρέφεται, το φορτίο του παραμένει ισοκατανεμημένο, καθιστώντας το πρακτικά αόρατο στις συνήθεις περιστροφικές εκπομπές.
Το 1986, οι αστροφυσικοί Fu-Shih Pan και Takeshi Oka εντόπισαν ένα θεωρητικό παράθυρο σε αυτόν τον φυσικό φραγμό. Υπολόγισαν ότι όταν το μόριο περιστρέφεται με εξαιρετικά βίαιο ρυθμό, η αναπτυσσόμενη φυγόκεντρος δύναμη παραμορφώνει ανεπαίσθητα το ισόπλευρο σχήμα του. Αυτή η ελάχιστη παραμόρφωση επάγει μια μικρή διπολική ροπή, παράγοντας ένα εξαιρετικά αδύναμο ίχνος φωτός. Το σήμα αυτό είναι τόσο ασθενές που κατατάσσεται στις λεγόμενες απαγορευμένες μεταβάσεις. Ο όρος δεν υποδηλώνει παραβίαση των νόμων της φυσικής, αλλά απόκλιση από τους συνήθεις κανόνες της μοριακής ακτινοβολίας. Παρά τις θεωρητικές προβλέψεις, το συγκεκριμένο καθαρά περιστροφικό φάσμα δεν είχε καταγραφεί μέχρι σήμερα ούτε σε εργαστηριακές μετρήσεις ούτε σε αστρονομικές παρατηρήσεις.
Η ανακάλυψη στο αντικείμενο Herbig-Haro 168
Η λύση στο μυστήριο προήλθε μέσα από ένα από τα πιο βίαια φαινόμενα του γαλαξία μας: τα αντικείμενα Herbig-Haro. Κατά τη γέννηση ενός νέου άστρου, πανίσχυρα μαγνητικά πεδία εκτοξεύουν αστρικό υλικό πίσω στο διαστρικό διάστημα με ταχύτητες εκατοντάδων χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Αυτοί οι πίδακες συγκρούονται με τα περιβάλλοντα μοριακά νέφη, δημιουργώντας τεράστια ωστικά κύματα που θερμαίνουν τα αέρια σε χιλιάδες βαθμούς Κελσίου.
Η ομάδα του David Neufeld ανέλυσε τα δεδομένα του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb από το αντικείμενο HH 168. Χάρη στην εξαιρετική ευαισθησία των οργάνων του τηλεσκοπίου, οι αστρονόμοι κατάφεραν να απομονώσουν τις απειροελάχιστες φασματικές γραμμές του H3+, επιβεβαιώνοντας για πρώτη φορά τις θεωρητικές προβλέψεις τεσσάρων δεκαετιών.
Η παρατήρηση αυτή αναδεικνύει τις δυνατότητες του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb να αποκαλύπτει χημικές διεργασίες που μέχρι σήμερα παρέμεναν εξαιρετικά δύσκολο να μελετηθούν αστρονομικά. Η ανίχνευση του απαγορευμένου περιστροφικού φάσματος του H₃⁺ προσφέρει στους επιστήμονες ένα νέο εργαλείο για τη μελέτη της ιοντικής χημείας σε περιοχές όπου γεννιούνται νέα άστρα. Παράλληλα, η συσχέτιση των φασματικών γραμμών του με το θερμό μοριακό υδρογόνο δίνει νέες πληροφορίες για τις χημικές διεργασίες που εκτυλίσσονται στα ακραία περιβάλλοντα των αστρικών εκροών.
