Webb détecte le signal « interdit » de H3+, prédit en 1986

Pourquoi le signal de H3+ est-il dit « interdit » ?

H₃⁺ réunit trois noyaux d'hydrogène partageant deux électrons, disposés en triangle équilatéral. Cette symétrie exclut tout moment dipolaire permanent : en tournant, la charge reste répartie de façon uniforme et la molécule ne devrait pas rayonner comme les autres.

En 1986, Fu-Shih Pan et Takeshi Oka, de l'université de Chicago, ont calculé une échappatoire. La rotation déforme légèrement le triangle, ce qui crée un minuscule dipôle, donc une émission très faible. Ces transitions sont dites interdites non parce qu'elles violent la physique, mais parce qu'elles contournent les règles habituelles du rayonnement moléculaire.

Ce que Webb a observé

La source est HH 168, un objet de Herbig-Haro. Il se forme quand une jeune étoile projette des jets de matière à plusieurs centaines de kilomètres par seconde dans le nuage environnant. Les ondes de choc chauffent le gaz à des milliers de degrés. La vision infrarouge de Webb traverse la poussière qui masque ces lieux.

Parmi la lumière infrarouge du gaz chaud se cachaient 26 raies extrêmement faibles, dont les longueurs d'onde correspondent aux calculs de Pan et Oka. La plus forte atteint 72 sigmas, un niveau de significativité statistique qui ne laisse guère de doute. Sa répartition suit celle de l'hydrogène moléculaire ordinaire, H₂.

C'est l'intensité qui intrigue. Un modèle de choc reproduisait bien H₂ mais sous-estimait H₃⁺ d'un facteur cinq à six. Un autre collait mieux à H₃⁺, mais reposait sur des conditions hors de son domaine validé. L'équipe a aussi retrouvé la même émission dans des données d'archives de Webb sur HH 211, ce qui laisse penser qu'elle n'est pas isolée.

Pan et Oka avaient raison. Il manquait un instrument assez sensible. H₃⁺ pourrait désormais servir d'outil pour mieux comprendre la chimie de l'espace.