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Il telescopio Webb intercetta il segnale rotazionale di H₃⁺ atteso da decenni
MIRI, lo strumento a infrarosso del telescopio Webb, ha rilevato in HH 168 lo spettro rotazionale puro di H₃⁺, non una prima individuazione dell’ione in sé. Lo studio riporta 26 linee rotazionali osservate oltre cinque volte l’incertezza statistica stimata in uno o in entrambi i campi analizzati.
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Research answer
Key takeaways
- MIRI, lo strumento a infrarosso del telescopio Webb, ha rilevato in HH 168 lo spettro rotazionale puro di H₃⁺, non una prima individuazione dell’ione in sé.
- Lo studio riporta 26 linee rotazionali osservate oltre cinque volte l’incertezza statistica stimata in uno o in entrambi i campi analizzati.
- I modelli non indicano un’unica spiegazione: quello J si avvicina meglio alla luminosità di H₃⁺, mentre quello C riproduce meglio le linee dell’idrogeno molecolare.
AI Prompt
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Il telescopio spaziale James Webb ha rivelato un segnale atteso da tempo: il debole spettro rotazionale «proibito» dello ione triidrogeno, H₃⁺. Le osservazioni dello strumento MIRI riguardano HH 168, una regione di gas investita da uno shock in Cepheus A West. Le linee rilevate seguono l’idrogeno molecolare caldo (H₂), non il gas ionizzato. La scoperta apre una nuova finestra sugli shock molecolari, ma le incertezze su come le collisioni eccitino H₃⁺ impediscono per ora di usare il segnale come misura diretta della ionizzazione. 1
Che cosa ha osservato Webb in HH 168
Il gruppo di ricerca ha usato MIRI, lo strumento per il medio infrarosso di Webb, per osservare HH 168. Le osservazioni rientrano nel programma JWST 7084, pensato per risolvere l’interfaccia fra un getto e lo shock prodotto quando questo incontra una nube. 7 Lo studio riporta 26 linee rotazionali di H₃⁺ rilevate oltre cinque volte l’incertezza statistica stimata, in uno o in entrambi i due campi osservati.
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Si tratta della prima rilevazione riportata dello spettro rotazionale puro di H₃⁺, non della prima scoperta dello ione. Un indizio importante viene dalla distribuzione del segnale: le linee hanno una posizione e una velocità simili a quelle dell’idrogeno molecolare caldo investito dallo shock, e non a quelle del gas ionizzato. Il risultato lega quindi l’emissione alla componente molecolare dello shock. 1
Perché lo spettro è definito «proibito»
H₃⁺ ha un ruolo importante nella chimica interstellare: può trasferire un protone ad altre molecole e avviare reazioni che portano alla formazione di nuovi ioni molecolari. Contribuisce così alla complessità chimica dello spazio, ma non produce da solo molecole organiche complesse. 
La difficoltà nel rilevarne lo spettro rotazionale puro dipende dalla simmetria dello ione. Nella sua forma di equilibrio, i tre nuclei di idrogeno sono disposti ai vertici di un triangolo equilatero. Questa geometria fa sì che H₃⁺ non abbia un momento di dipolo elettrico permanente: le normali transizioni rotazionali di dipolo elettrico risultano quindi fortemente soppresse.
«Proibito» non significa impossibile. La rotazione può deformare leggermente la molecola per effetto della forza centrifuga, rendendo possibili transizioni estremamente deboli, assenti nel caso idealizzato di una simmetria perfetta. Sono proprio queste emissioni tenui a rendere significativa la rilevazione di Webb.
Che cosa indicano i modelli degli shock
Lo studio mette a confronto due grandi categorie di modelli. In uno shock di tipo C, le condizioni fisiche cambiano in modo più graduale. In uno shock di tipo J dissociativo, invece, le molecole vengono distrutte nello shock e possono riformarsi in seguito, nel gas che ne segue il passaggio. 17
Il confronto non dà un vincitore netto. Il modello C riproduce meglio le linee di H₂, ma prevede un’emissione di H₃⁺ da cinque a sei volte più debole di quella osservata. Il modello J si avvicina di più all’intensità rilevata per H₃⁺ — entro un fattore di circa 1,5 — ma descrive meno bene le linee dell’idrogeno molecolare. 1
La discrepanza è importante: secondo lo studio, si sa ancora poco su come le collisioni energetiche eccitino H₃⁺. Per questo l’intensità delle sue linee non permette ancora di distinguere con sicurezza fra i modelli né di ricavare una misura calibrata della ionizzazione. 1
Un altro indizio arriva da HH 211
I ricercatori riferiscono di aver trovato lo spettro rotazionale proibito di H₃⁺ anche in dati d’archivio di MIRI relativi allo shock ad arco di HH 211. 35 Questa seconda rilevazione suggerisce che il segnale non sia esclusivo di HH 168 e sostiene la ricerca in altri flussi molecolari associati a stelle in formazione.
Tra i candidati più promettenti ci sono le regioni con una forte emissione di H₂ caldo, dove il gas molecolare investito dagli shock è ben rappresentato. Individuare H₃⁺, però, è solo il primo passo: per usare le sue linee come indicatore quantitativo della ionizzazione serviranno dati migliori su come le collisioni eccitano lo ione. 1
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I modelli non indicano un’unica spiegazione: quello J si avvicina meglio alla luminosità di H₃⁺, mentre quello C riproduce meglio le linee dell’idrogeno molecolare.
Sources
arxiv.orgFirst detection of the forbidden rotational spectrum of H+3{}_{3}^{+}: JWST/MIRI observations of the shocked gas in HH 168
stsci.edu7084 - Measuring the Thickness of a J-Shock in Cep A West
newsminimalist.comJWST Detects First-Ever 'Forbidden' Signal from Key Molecule ...