Štyridsať rokov existoval iba vo výpočtoch. Webb zachytil „zakázaný” signál

Vesmír ukrýval jednu zo svojich najdôležitejších molekúl celé desaťročia, no jej svetlo zostávalo skryté. Trojvodíkový katión H₃⁺ predstavuje základ plynnej medzihviezdnej chémie a je kľúčom pre tvorbu komplexných organických molekúl, z ktorých vznikajú základné stavebné kamene života, píše ScienceAlert.

V odborných kruhoch sa mu právom hovorí molekula, ktorá stvorila vesmír. Hoci vedci jeho prítomnosť už skôr registrovali v hustých medzihviezdnych mračnách či pri polárnych žiarach na Jupiteri, špecifické rotačné žiarenie, ktoré malo vyžarovať, unikalo akýmkoľvek pokusom o detekciu.

Teoretické predpovede pritom existovali už od roku 1986, no laboratórne experimenty ani staršie pozemské teleskopy nedokázali zachytiť takú slabú stopu. Až Vesmírny teleskop Jamesa Weba pod vedením astronóma Davida Neufelda z Johns Hopkins University úspešne prelomil toto desaťročia trvajúce ticho a odkryl zreteľný signál prichádzajúci z plynného mračna vzdialeného tisíce svetelných rokov.

Predpovedali ho už desaťročia nazad

Aby sme pochopili výnimočnosť objavu, musíme sa pozrieť na fyzikálnu štruktúru samotnej molekuly. Spomínaný trojvodíkový katión pozostáva z troch jadier vodíka, ktoré zdieľajú iba dva elektróny, pričom vzájomne vytvárajú dokonalý rovnostranný trojuholník.

Táto absolútna symetria znamená, že molekula nemá žiadny permanentný dipólový moment, čo podľa klasických pravidiel úplne vylučuje existenciu čistého rotačného spektra. Pri bežnej rotácii totiž zostáva celkový elektrický náboj molekuly rovnomerne rozložený, takže nevzniká žiadne elektromagnetické žiarenie.

Už v roku 1986 však astrofyzici Fu-Shih Pan a Takeshi Oka teoreticky vypočítali zaujímavú anomáliu. Pri rotácii molekuly spôsobujú silné odstredivé sily drobnú deformáciu jej symetrického tvaru, čím vzniká nepatrný prechodný elektrický dipólový moment, ktorý umožňuje emisiu slabého žiarenia. Rotačné prechody sú však extrémne slabé a fyzika ich klasifikuje ako zakázané, pretože sú potlačené bežnými pravidlami molekulárneho vyžarovania.

Teoretický výpočet Pana a Oku tak zostával štyridsať rokov nepotvrdený práve kvôli mimoriadne nízkej intenzite signálu. Skutočný zlom priniesla až kombinácia bezkonkurenčnej citlivosti JWST a extrémnych fyzikálnych podmienok v okolí novonarodených hviezd.

Predmetom kľúčového pozorovania sa stali takzvané objekty Herbig-Haro, ktoré vznikajú pri divokých výronoch hmoty z mladých hviezd. Keď mladá hviezda rastie, silné magnetické polia katapultujú časť okolitého materiálu späť do vesmíru vo forme úzkych výtryskov dosahujúcich rýchlosti stoviek kilometrov za sekundu.

Modely sa predsa len mierne mýlili

Keď supersonické prúdy narážajú do okolitých medzihviezdnych mračien, generujú gigantické rázové vlny, ktoré ohrievajú plyn na teploty dosahujúce tisíce stupňov. Procesy prebiehajúce v hustých materských hmlovinách sú pre optické teleskopy neprístupné, no infračervené filtre JWST dokážu preniknúť touto clonou a preskúmať dynamiku hviezdnych systémov.

SETI

Pri podrobnej analýze dát z JWST zameraných na objekt Herbig-Haro 168 narazil výskumný tím na rad mimoriadne slabých spektrálnych čiar. Vlnové dĺžky týchto čiar presne zodpovedali zakázaným rotačným prechodom trihydrogenu, ktoré vypočítali Pan a Oka pred štyrmi desaťročiami. Astronómovia identifikovali 26 odlišných čiar s vysokou štatistickou istotou, pričom najsilnejšia dosiahla úroveň 72 sigma, čo definitívne vylučuje akúkoľvek náhodnú fluktuáciu.

Emisia bola navyše prekvapivo intenzívna a modely ju výrazne podcenili. Pozorovaný signál tesne kopíroval vyžarovanie bežného molekulárneho vodíka, čo potvrdzuje ich spoločnú reakciu na rázové vlny. Vedecké modely zatiaľ nedokážu úplne presne replikovať namerané hodnoty, no po overení archivačných dát pre objekt Herbig-Haro 211 vedci našli rovnaký signál aj tam.

Čítajte viac z kategórie: Novinky