Il telescopio spaziale James Webb ha rilevato per la prima volta 26 righe di luce emesse dal catione triidrogeno (H₃⁺) mentre ruota. Il segnale, proveniente dal gas investito dalle onde d’urto di una stella appena nata, era così netto che la riga più intensa ha raggiunto una significatività statistica di 72 sigma. La scoperta conferma una previsione del 1986 e potrebbe offrire un nuovo modo per studiare la chimica e la fisica dei vivai stellari.
La ricerca è guidata da David Neufeld della Johns Hopkins University ed è stata accettata per la pubblicazione su The Astrophysical Journal Letters; il lavoro è disponibile anche sul server di preprint arXiv.
L’H₃⁺ è una molecola composta da tre nuclei di idrogeno che condividono due elettroni. È considerata fondamentale per la chimica interstellare in fase gassosa, compresa la formazione di molecole organiche complesse, ed è stata osservata nelle nubi interstellari. Contribuisce inoltre al bagliore aurorale di Giove. Per la sua importanza, viene talvolta chiamata «la molecola che ha creato l’Universo».
La sua struttura è un triangolo equilatero, una forma simmetrica che non possiede un momento di dipolo permanente: in condizioni normali, quindi, la molecola non dovrebbe emettere il consueto spettro di luce mentre ruota. Nel 1986, però, gli astrofisici Fu-Shih Pan e Takeshi Oka dell’Università di Chicago calcolarono che la rotazione avrebbe potuto deformare appena la molecola. Questa piccola distorsione genera un minuscolo dipolo elettrico, sufficiente a produrre una debole emissione. Le transizioni associate sono dette «proibite» perché non rientrano nelle regole ordinarie che descrivono la radiazione molecolare, non perché siano impossibili secondo le leggi della fisica.
Per decenni il segnale previsto è rimasto troppo debole per essere osservato, anche in laboratorio. La sensibilità del JWST e le condizioni presenti attorno alle stelle neonate hanno permesso di individuarlo.
Durante la formazione, una stella raccoglie materiale dal disco che la circonda, ma una parte viene espulsa nello spazio da getti concentrati, guidati anche da potenti campi magnetici. Questi flussi possono viaggiare a centinaia di chilometri al secondo. Quando urtano la nube molecolare circostante, producono onde d’urto che riscaldano il gas a migliaia di gradi e lo fanno brillare. Le regioni illuminate da questi urti sono chiamate oggetti Herbig-Haro. Poiché si trovano spesso dentro dense nubi di polvere, sono difficili da osservare con la luce visibile; l’infrarosso del JWST riesce invece ad attraversare la polvere più efficacemente.
Esaminando le osservazioni di Herbig-Haro 168, o HH 168, Neufeld e i colleghi hanno trovato le deboli righe infrarosse tra le emissioni del gas caldo. Le lunghezze d’onda corrispondevano alle transizioni rotazionali dell’H₃⁺ previste da Pan e Oka. I ricercatori ne hanno identificate 26, tutte con elevata significatività statistica. L’intensità della più forte, pari a 72 sigma, rende la rilevazione particolarmente solida.
L’emissione dell’H₃⁺ si trova in una regione in cui è presente anche quella dell’idrogeno molecolare ordinario (H₂), suggerendo che le due molecole siano esposte a condizioni simili. Tuttavia, i modelli delle onde d’urto non riescono ancora a spiegare del tutto l’intensità osservata. Un modello riproduce bene l’emissione dell’H₂, ma sottostima quella dell’H₃⁺ di un fattore compreso tra cinque e sei. Un secondo si avvicina maggiormente al segnale del triidrogeno, ma richiede condizioni esterne all’intervallo per cui è stato convalidato. Servono quindi ulteriori studi per chiarire quale processo produca un’emissione così intensa.
Il gruppo ha inoltre analizzato osservazioni d’archivio del JWST di un altro oggetto Herbig-Haro, HH 211, trovando la stessa emissione. Il risultato suggerisce che il fenomeno non sia limitato a HH 168, anche se resta da comprenderne il meccanismo. La previsione di Pan e Oka è stata confermata e l’emissione dell’H₃⁺ potrebbe diventare uno strumento per indagare come la chimica cosmica trasformi l’idrogeno, l’elemento più semplice dell’Universo, in molecole sempre più complesse.
Fonte: sciencealert.com
