Телескоп «Джеймс Уэбб» впервые обнаружил «запрещённое» излучение межзвёздного иона
Астрономы впервые зарегистрировали особый тип излучения молекулярного иона H₃⁺, который играет важную роль в химических процессах межзвёздного пространства. Открытие удалось сделать с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» при наблюдении объекта HH 168 в созвездии Цефея, расположенного примерно в 2300 световых годах от Земли. Учёные обнаружили 26 спектральных линий, существование которых предсказывалось теоретически, но которые ранее не удавалось зарегистрировать ни в космосе, ни в лаборатории.
Ион H₃⁺ состоит из трёх атомов водорода, связанных в равносторонний треугольник, и несёт положительный электрический заряд. Благодаря симметричной структуре он не обладает постоянным электрическим дипольным моментом, поэтому обычные вращательные переходы, сопровождающиеся излучением, для него запрещены. Однако при быстром вращении центробежные силы слегка искажают форму иона. Это создаёт небольшой временный дипольный момент, позволяющий ему испускать чрезвычайно слабое инфракрасное излучение.
Для поиска этих сигналов исследователи использовали спектрометр среднего инфракрасного диапазона MIRI, установленный на телескопе «Джеймс Уэбб». Наблюдения проводились 1 августа 2026 года в двух областях объекта HH 168, где потоки вещества от молодых звёзд сталкиваются с окружающим молекулярным газом и создают ударные волны.
Спектральный анализ выявил 26 линий H₃⁺ со статистической значимостью более пяти стандартных отклонений. Самая интенсивная линия была зарегистрирована на длине волны 16,325 микрометра. В одной из исследованных областей её значимость достигла 72 стандартных отклонений, что делает обнаружение особенно убедительным.
Сравнение пространственного распределения излучения показало, что линии H₃⁺ возникают в тех же областях, где находится горячий молекулярный водород H₂, нагретый ударными волнами. При этом они не повторяют распределение излучения ионизированного газа. Это позволило связать обнаруженный сигнал непосредственно с процессами, происходящими в нагретом молекулярном веществе.
Анализ вращательных уровней иона дал характерную температуру около 730 К, однако это значение не соответствует фактической температуре газа. Модели показали, что наблюдаемое распределение энергии лучше объясняется возбуждением ионов при столкновениях в среде, нагретой более чем до 2000 К. Сравнение различных моделей ударных волн выявило расхождения, связанные в том числе с недостаточно изученными особенностями столкновений H₃⁺ с другими частицами.
Дополнительно исследователи обнаружили аналогичные спектральные признаки в архивных наблюдениях объекта HH 211. Новый способ регистрации H₃⁺ позволит астрономам изучать ионизацию и химические реакции в областях звездообразования, где мощные ударные волны изменяют физическое состояние межзвёздного газа.
Препринт исследования в научном архиве arXiv.