James Webb: Εντοπίστηκε για πρώτη φορά το «απαγορευμένο σήμα» που διαμόρφωσε το Σύμπαν

Σε ένα ακόμη σπουδαίο επιστημονικό επίτευγμα προχώρησε το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, καταφέρνοντας να εντοπίσει ένα εξαιρετικά αδύναμο και μέχρι πρότινος ασύλληπτο σήμα από το κατιόν τριυδρογόνου (H3+). Πρόκειται για το μόριο που θεωρείται από τους αστροφυσικούς ως ο θεμέλιος λίθος της κοσμικής χημείας. Η παρατήρηση αυτή επιβεβαιώνει στην πράξη μια θεωρητική πρόβλεψη σχεδόν σαράντα ετών, επιλύοντας έναν διαχρονικό γρίφο της σύγχρονης αστρονομίας.

Το παράδοξο της συμμετρίας και η «απαγορευμένη» μετάβαση

Για να είναι δυνατή η εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από ένα περιστρεφόμενο μόριο, απαιτείται συνήθως μια άνιση κατανομή ηλεκτρικού φορτίου — αυτό που οι φυσικοί ονομάζουν μόνιμη διπολική ροπή. Ωστόσο, το κατιόν H3+ αποτελείται από τρεις πυρήνες υδρογόνου και δύο ηλεκτρόνια, τα οποία διατάσσονται σε ένα γεωμετρικά τέλειο ισόπλευρο τρίγωνο. Εξαιτίας αυτής της απόλυτης συμμετρίας, το φορτίο παραμένει ισορροπημένο κατά την περιστροφή, καθιστώντας το μόριο πρακτικά αόρατο στις συμβατικές φασματοσκοπικές παρατηρήσεις.

Η λύση στο παράδοξο προτάθηκε το 1986 από τους ερευνητές Φου-Σιχ Παν και Τακέσι Όκα. Οι επιστήμονες υπολόγισαν ότι σε συνθήκες ακραίας ταχύτητας περιστροφής, η φυγόκεντρος δύναμη παραμορφώνει απειροελάχιστα το ισόπλευρο τρίγωνο. Αυτή η ανεπαίσθητη ασυμμετρία αρκεί για να παραχθεί ένα εξαιρετικά ισχνό ίχνος φωτός. Το εν λόγω σήμα κατατάχθηκε στις λεγόμενες «απαγορευμένες μεταβάσεις», όχι επειδή παραβιάζει τους φυσικούς νόμους, αλλά επειδή αποκλίνει από τους καθιερωμένους κανόνες της μοριακής ακτινοβολίας. Μέχρι σήμερα, το φαινόμενο αυτό δεν είχε καταγραφεί ποτέ, ούτε σε εργαστηριακό περιβάλλον ούτε στο βαθύ διάστημα.

Η επιβεβαίωση μέσα από τα κοσμικά ωστικά κύματα

Η ιστορική ανακάλυψη πραγματοποιήθηκε από την ερευνητική ομάδα του αστροφυσικού Ντέιβιντ Νόιφελντ από το Πανεπιστήμιο Τζονς Χόπκινς, η οποία ανέλυσε δεδομένα από το αντικείμενο Herbig-Haro 168 (HH 168). Τα αντικείμενα αυτά σχηματίζονται κατά τη γέννηση νέων άστρων, όταν ισχυρά μαγνητικά πεδία εκτοξεύουν αστρικό υλικό στο διάστημα με ιλιγγιώδεις ταχύτητες εκατοντάδων χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο.

Όταν οι πίδακες αυτοί συγκρούονται με τα περιβάλλοντα μοριακά νέφη, δημιουργούν βίαια ωστικά κύματα που θερμαίνουν τα αέρια σε χιλιάδες βαθμούς Κελσίου. Υπό αυτές τις ακραίες συνθήκες, τα μόρια του H3+ περιστρέφονται τόσο έντονα ώστε να εκπέμψουν τη χαρακτηριστική ακτινοβολία. Χάρη στην απαράμιλλη ευαισθησία των οργάνων του James Webb, οι επιστήμονες κατάφεραν να απομονώσουν τις αμυδρές φασματικές γραμμές, επαληθεύοντας τους υπολογισμούς δεκαετιών.

Νέος ορίζοντας στη μελέτη της αστρικής γέννησης

Η καταγραφή του συγκεκριμένου σήματος προσφέρει στους επιστήμονες ένα νέο, ισχυρό εργαλείο για την ανάλυση της χημείας στα μαιευτήρια των άστρων, τα οποία μέχρι σήμερα παρέμεναν δυσπρόσιτα. Συνδυάζοντας τα νέα δεδομένα με τις μετρήσεις του θερμού μοριακού υδρογόνου, οι ερευνητές μπορούν πλέον να χαρτογραφήσουν με πρωτοφανή ακρίβεια τις συνθήκες που επικρατούν στα πρώιμα στάδια των αστρικών συστημάτων.

Το επίτευγμα υπογραμμίζει για άλλη μια φορά ότι το James Webb λειτουργεί ως ένα υπερσύγχρονο κοσμικό εργαστήριο. Ανοίγει έτσι τον δρόμο για μελλοντικές αποστολές, όπως αυτές των Roman Space Telescope και του Παρατηρητηρίου Vera C. Rubin, να φωτίσουν ακόμη περισσότερο τις ρίζες της χημείας που οδήγησε στη δημιουργία του Σύμπαντος και, τελικά, της ίδιας της ζωής.