James Webb detecta pela primeira vez emissão de luz de íon trihidrogênio

O telescópio espacial James Webb detectou, pela primeira vez, uma emissão de luz do íon trihidrogênio (H₃⁺), uma molécula cuja existência teórica foi prevista em 1986, mas nunca observada até agora, nem mesmo em laboratório. O sinal foi encontrado em uma região de formação estelar a milhares de anos-luz da Terra, no objeto Herbig-Haro 168 (HH 168), localizado na região de formação de estrelas massivas Cepheus A.

A descoberta pode ajudar a compreender as ondas de choque provocadas por estrelas recém-nascidas e como elas interagem com o gás interestelar.

Molécula desafia regras convencionais da física

O H₃⁺ é uma das moléculas mais importantes do Universo, participando de grande parte das reações químicas no gás interestelar, incluindo processos envolvidos na formação de moléculas orgânicas complexas. Ele é formado por três núcleos de hidrogênio que compartilham dois elétrons e se organizam como os vértices de um triângulo.

Por causa dessa disposição simétrica, a molécula não apresenta uma separação permanente de cargas elétricas, condição que normalmente permite que moléculas emitam luz ao girar. Em 1986, os astrofísicos Fu-Shih Pan e Takeshi Oka, da Universidade de Chicago, calcularam que essa situação poderia mudar durante a rotação.

O movimento provoca uma pequena deformação na estrutura da molécula, criando um desequilíbrio elétrico capaz de produzir uma emissão de luz muito fraca. Esse tipo de emissão é chamado de “proibido” porque não se encaixa nas regras normalmente aplicadas à radiação emitida por moléculas, o que explica a dificuldade em observá-lo.

James Webb encontra 26 sinais em região de formação estelar

A descoberta foi feita por uma equipe liderada por David Neufeld, da Universidade Johns Hopkins, durante a análise de observações do objeto Herbig-Haro 168 (HH 168). Esses objetos surgem quando jatos de material expelidos por estrelas em formação atingem nuvens moleculares ao redor, gerando ondas de choque que aquecem o gás a milhares de graus e provocam emissões de luz.

Como o infravermelho atravessa a poeira com mais facilidade do que a luz visível, o James Webb consegue investigar essas regiões. Foi nesse cenário que os pesquisadores identificaram 26 linhas espectrais correspondentes às transições rotacionais proibidas do H₃⁺. A mais intensa atingiu 72 sigma, indicando elevada significância estatística.

A distribuição dessa emissão também acompanhava a do hidrogênio molecular comum (H₂), sugerindo que as duas moléculas respondiam às mesmas condições extremas.

Modelos ainda não explicam a intensidade do sinal

Reproduzir a intensidade observada, porém, continua sendo um desafio. Um dos modelos de ondas de choque utilizados pela equipe explicou bem a emissão do hidrogênio molecular, mas subestimou o sinal do H₃⁺ em cinco ou seis vezes. Outro chegou mais perto dos dados, mas dependeu de condições fora do intervalo para o qual havia sido validado.

A equipe encontrou a mesma emissão em observações anteriores do James Webb sobre outro objeto Herbig-Haro, o HH 211. O resultado mostra que o fenômeno não está restrito a uma única região de formação estelar.

Aceito para publicação na revista The Astrophysical Journal Letters, o estudo está disponível no repositório científico arXiv. Os pesquisadores esperam que as emissões do H₃⁺ possam ser utilizadas para investigar como as reações químicas transformam o hidrogênio, elemento mais simples do Universo, em moléculas cada vez mais complexas.