Υπάρχει ένα μόριο τόσο σημαντικό για την ιστορία του Σύμπαντος, που οι επιστήμονες το αποκαλούν χαϊδευτικά «το μόριο που έφτιαξε το Σύμπαν». Είναι μικροσκοπικό, απλό στην κατασκευή του και βρίσκεται σχεδόν παντού στα κοσμικά νέφη. Κι όμως, για 40 ολόκληρα χρόνια, αρνιόταν πεισματικά να δείξει ένα συγκεκριμένο είδος φωτός που οι φυσικοί ήταν βέβαιοι ότι εκπέμπει.
Τώρα, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb το «έπιασε στα πράσα». Μια ομάδα αστρονόμων με επικεφαλής τον Ντέιβιντ Νόιφελντ από το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins εντόπισε αυτό το αμυδρό φως να έρχεται από ένα νέφος αερίου χιλιάδες έτη φωτός μακριά. Είναι η πρώτη φορά που καταγράφεται οπουδήποτε, ακόμη και σε εργαστήριο.
Το μόριο-«θεμέλιο» της κοσμικής χημείας
Το μόριο λέγεται κατιόν τριυδρογόνου, ή απλά H3+. Αποτελείται από τρία πρωτόνια υδρογόνου κολλημένα μεταξύ τους, που μοιράζονται μόλις δύο ηλεκτρόνια. Μοιάζει λίγο με ένα τέλειο, ισόπλευρο τρίγωνο.
Γιατί έχει τόση σημασία; Επειδή πάνω του «χτίζεται» σχεδόν όλη η χημεία που συμβαίνει στο αέριο ανάμεσα στα αστέρια. Από αυτή τη χημεία προκύπτουν και τα πιο σύνθετα οργανικά μόρια, δηλαδή τα υλικά από τα οποία φτιάχνεται η ζωή. Το ίδιο μόριο ευθύνεται εν μέρει και για το εντυπωσιακό σέλας του Δία.
Γιατί το φως του θεωρούνταν «απαγορευμένο»
Τα περισσότερα μόρια, όταν περιστρέφονται, εκπέμπουν φως. Αυτό συμβαίνει επειδή το ηλεκτρικό τους φορτίο δεν είναι μοιρασμένο ομοιόμορφα, και καθώς γυρίζουν, αυτή η ανισορροπία παράγει ακτινοβολία.
Το H3+ όμως είναι υπερβολικά συμμετρικό. Το φορτίο του είναι μοιρασμένο τόσο ισορροπημένα, που θεωρητικά δεν θα έπρεπε να λάμπει καθόλου καθώς περιστρέφεται.
Το 1986, δύο φυσικοί του Πανεπιστημίου του Σικάγο, ο Φου-Σι Παν και ο Τακέσι Όκα, βρήκαν ένα «παραθυράκι». Υπολόγισαν ότι όταν το μόριο γυρίζει γρήγορα, η φυγόκεντρος δύναμη το παραμορφώνει ελάχιστα. Αυτή η μικρή στραβομάρα αρκεί για να βγάλει ένα εξαιρετικά αχνό φως.
Οι επιστήμονες ονομάζουν αυτό το φως «απαγορευμένο». Όχι επειδή παραβιάζει τους νόμους της φυσικής, αλλά επειδή είναι τόσο σπάνιο και αδύναμο, που ξεφεύγει από τους συνηθισμένους κανόνες. Για τέσσερις δεκαετίες, κανένα όργανο δεν ήταν αρκετά ευαίσθητο για να το δει.
Ένα μωρό-αστέρι με «ξέσπασμα» θυμού
Τη λύση έδωσε ο συνδυασμός του James Webb με ένα από τα πιο βίαια φαινόμενα του γαλαξία μας. Όταν ένα αστέρι γεννιέται, ρουφάει υλικό από τον χώρο γύρω του. Ένα μέρος αυτού του υλικού όμως εκτοξεύεται πίσω στο διάστημα, σε στενές «πίδακες» που τρέχουν με εκατοντάδες χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο.
Όταν αυτοί οι πίδακες συγκρούονται με το γύρω νέφος, δημιουργούν τεράστια κύματα κρούσης. Το αέριο θερμαίνεται σε χιλιάδες βαθμούς και αρχίζει να λάμπει. Οι αστρονόμοι ονομάζουν αυτούς τους σχηματισμούς «αντικείμενα Herbig-Haro».
Το πρόβλημα είναι ότι όλο αυτό συμβαίνει συνήθως μέσα σε πυκνή κοσμική σκόνη, που κρύβει τη θέα. Το James Webb όμως «βλέπει» στο υπέρυθρο, ένα είδος φωτός που περνά μέσα από τη σκόνη πολύ πιο εύκολα.
26 «αποτυπώματα» αντί για ένα
Εξετάζοντας τις παρατηρήσεις ενός τέτοιου νέφους, του HH 168, η ομάδα του Νόιφελντ πρόσεξε κάτι παράξενο. Ανάμεσα στο φως του καυτού αερίου υπήρχαν κάποιες εξαιρετικά αμυδρές «γραμμές», σαν δακτυλικά αποτυπώματα.
Τα αποτυπώματα αυτά ταίριαζαν ακριβώς με όσα είχαν υπολογίσει ο Παν και ο Όκα πριν από 40 χρόνια. Και δεν ήταν ένα: οι ερευνητές μέτρησαν 26 διαφορετικά, όλα με πολύ υψηλή βεβαιότητα. Το ισχυρότερο ήταν τόσο καθαρό, που ουσιαστικά δεν αφήνει καμία αμφιβολία.
Το πιο εντυπωσιακό; Το φως ήταν πολύ πιο έντονο απ’ ό,τι προέβλεπαν τα μοντέλα. Επιπλέον, εμφανιζόταν ακριβώς στα ίδια σημεία με το φως του κοινού υδρογόνου, σαν να αντιδρούσαν και τα δύο στις ίδιες ακραίες συνθήκες.
Ένα μυστήριο λύθηκε, ένα άλλο ανοίγει
Οι επιστήμονες δεν μπορούν ακόμη να εξηγήσουν γιατί το φως είναι τόσο λαμπερό. Δοκίμασαν δύο διαφορετικά μοντέλα για τα κύματα κρούσης και κανένα δεν «έκατσε» τέλεια. Το ένα υποτιμούσε το φως του H3+ πέντε με έξι φορές, ενώ το άλλο χρειαζόταν συνθήκες έξω από τα όρια για τα οποία έχει ελεγχθεί.
Υπάρχει όμως ένα ενθαρρυντικό στοιχείο. Όταν οι ερευνητές κοίταξαν παλαιότερες παρατηρήσεις του Webb σε ένα δεύτερο νέφος, το HH 211, βρήκαν το ίδιο «απαγορευμένο» φως και εκεί. Αυτό σημαίνει ότι το φαινόμενο μάλλον δεν είναι σπάνιο. Απλώς δεν είχαμε μέχρι τώρα το κατάλληλο εργαλείο για να το δούμε.
Ο Παν και ο Όκα είχαν δίκιο από την αρχή. Και το μόριο που κάποτε θεωρούνταν «αόρατο» μπορεί τώρα να γίνει ένα νέο εργαλείο. Μέσα από αυτό, οι επιστήμονες ελπίζουν να καταλάβουν καλύτερα πώς το πιο απλό στοιχείο του Σύμπαντος, το υδρογόνο, μετατρέπεται στην απίστευτη ποικιλία του κόσμου γύρω μας.
Η μελέτη έχει γίνει δεκτή για δημοσίευση στο επιστημονικό περιοδικό The Astrophysical Journal Letters και είναι ήδη διαθέσιμη στην πλατφόρμα arXiv.
Με πληροφορίες από Sciencealert / The Astrophysical Journal Letters
