填补40年观测空白:三氢正离子H₃⁺禁戒纯转动光谱首次被捕获

发布时间:2026-11-14 16:42

  Pan 与 Oka 于 1986 年计算了 H₃⁺的禁戒转动光谱,并提出可以利用它探测星际 H₃⁺。在此后的约四十年里,这类光谱一直未在实验室或天文观测中被探测到。本次研究报告利用韦伯空间望远镜,在 HH 168 中首次探测到这类光谱。

  赫尔比格-哈罗天体 HH 211 的壮观喷射,天文学家还发现了此前未见的光谱特征 H₃⁺。

  注:禁戒是光谱学术语,指某种能级跃迁受到特定规则限制,不能通过常规最容易发生的方式吸收或发出光。原子、分子只能处于某些特定能量状态,从一个状态变到另一个状态,叫作“跃迁”。发光,就是它从较高能级跃迁到较低能级时,以光子的形式释放能量。

  量子力学中存在“选择定则”,会根据角动量、对称性等条件,限定哪些跃迁能够发生。对于最常见的方式称为“电偶极跃迁”,不符合相应条件的跃迁就被称为“禁戒跃迁”。

  三氢正离子的平衡结构是一个对称的等边三角形,没有永久电偶极矩,也就是没有通常有利于产生转动辐射的那种电荷分布不对称。因此,在理想的刚性结构近似下,它没有普通的电偶极纯转动光谱。

  但真实分子并非完全刚硬,旋转造成的离心畸变,可以诱导出微小的电偶极矩,让原本受到抑制的转动跃迁产生微弱光谱。而这类微弱信号此前既未在实验室中测得,也未在天体中被观测到。相关研究于 11 月 6 日在预印本平台 arXiv 公开。

  天文学家借助韦布空间望远镜的中红外仪器,在两个观测区域中,共捕获 26 条显著性超过 5σ 的相关谱线 微米。这些信号的空间分布和运动速度与受到激波冲击的高温氢分子一致,表明它们来自炽热的分子气体。分析显示,激发这些信号的气体温度至少约为 2,000 开尔文。

  团队还在 HH 211 的韦伯存档数据中发现同类光谱。这意味着,新方法有望帮助研究人员追踪星际气体受冲击后的电离与化学变化。

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