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

IT之家 11 月 14 日消息，天文学家利用詹姆斯 · 韦布空间望远镜（JWST），在仙王座 A 西部（Cepheus A West）的 HH 168 天体中，首次探测到约四十年前理论预言的三氢正离子（H₃⁺）禁戒转动光谱。

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⁺。图源：欧空局、美国宇航局IT之家注：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（H₃⁺）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。三氢正离子中原子核的排列形成一个等边三角形。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。HH 168 中受震气体的地图，展示了新检测到的三氢发射如何沿着热分子氢的分布分布。

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，最强的一条位于 16.325 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。

IT之家附上参考地址First detection of the forbidden rotational spectrum of H + 3 : JWST/MIRI observations of the shocked gas in HH 168