韦伯望远镜首次捕获H3+分子40年前预测的禁戒光

天文学家利用韦伯太空望远镜（JWST），首次记录到了三氢阳离子（H3+）的纯转动光谱。这种微弱的“禁戒”光信号在40年前就已被理论预测，但此前从未在实验室或太空中被观测到。相关研究论文已被《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）接收。

该信号来自距离地球约700秒差距的仙王座A西区恒星形成区，位于赫比格-哈罗天体 HH 168 中。H3+ 常被称为“创造宇宙的分子”，它是几乎所有星际气相化学反应的基础，直接参与生成复杂有机分子的反应链。捕获其转动谱线，为天文学家测量受激波冲击的分子气体中的电离状态提供了全新手段。

证实1986年的理论预言

H3+ 分子由三个氢原子核组成，呈正三角形结构。这一对称形状使其没有永久偶极矩，因此在正常旋转状态下不会辐射光线。

1986年，芝加哥大学的潘复式（Fu-Shih Pan）与冈武史（Takeshi Oka）通过计算指出，分子的离心畸变会产生微弱的偶极矩，从而允许极弱的“禁戒”跃迁发生。然而受限于探测灵敏度，该预言在随后几十年中始终未获证实。

由约翰斯·霍普金斯大学天文学家戴维·纽菲尔德（David Neufeld）领导的研究团队，利用韦伯望远镜的中红外仪器（MIRI）光谱仪对 HH 168 进行了观测。科研人员从中检测到了26条信噪比超过5倍标准差（5 sigma）的谱线，其中最强的一条位于16.325微米，信噪比高达72 sigma。

信号亮度超出理论模型预期

观测数据显示，H3+ 发射谱线的速度和空间分布与高温激波分子氢高度吻合，而非电离气体。其能级分布表明，相应气体温度处于约2000开尔文或更高状态。

现有理论模型只能部分解释这一信号。非解离型 C 型激波模型虽然能很好契合氢分子谱线，但对 H3+ 发射强度的预测低了5到6倍；解离型 J 型激波模型的预测值虽然接近观测值的1.5倍以内，但运行条件已超出激波计算程序的验证范围。

在HH 211中重现

随后，研究团队检索了韦伯望远镜的归档数据，在低质量原恒星喷流 HH 211 的弓形激波中同样发现了这一光谱特征。尽管该天体每个波段的曝光时间仅有200秒，16.325微米谱线仍以12 sigma的信噪比在两处位置被成功检测到。

研究团队认为，在其他具备强暖氢辐射且红外辐射较弱的恒星外向流中，这类谱线同样具有可探测性。不过，在将该谱线用于精确定量分析之前，学界仍需获取更为精准的 H3+ 碰撞速率数据。