Das Signal, das 40 Jahre gesucht wurde: Astronomen weisen erstmals H₃⁺-Ionen-Strahlung im Weltraum nach

Astronomen haben erstmals im Weltraum die Strahlung eines Moleküls nachgewiesen, das aus drei Wasserstoffatomen besteht und eine elektrische Ladung trägt — das H₃⁺-Ion. Dies berichtet RBC-Ukraine unter Berufung auf eine Studie, die auf dem Preprint-Server arXiv veröffentlicht wurde. Physiker sagten die Existenz eines solchen Signals bereits 1986 voraus, doch den Wissenschaftlern gelang es erst jetzt, nach fast vier Jahrzehnten, dies durch Beobachtungen zu bestätigen.

Wie ein Molekül, das „nicht“ leuchten sollte, dennoch strahlt

Der Erklärungsmechanismus wurde bereits 1986 von den Astrophysikern Fu-Shi Pan und Takeshi Oka von der Universität Chicago geliefert. Im Ruhezustand besitzt das H₃⁺-Ion eine symmetrische Form, die einem idealen Dreieck nahekommt, und ist nicht in der Lage, Licht auszusenden. Doch bei der Rotation verformt sich seine Struktur leicht: Es entsteht eine geringfügige Asymmetrie, durch die ein schwaches elektrisches Feld auftritt. Genau dieses Feld ermöglicht es dem Molekül, zu strahlen. Das Problem bestand darin, dass das Signal extrem schwach war — fast 40 Jahre lang konnte es nicht einmal unter Laborbedingungen nachgewiesen werden.

Warum die Entdeckung erst jetzt möglich wurde

Der Durchbruch gelang mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST), das in der Lage ist, extrem schwache Infrarotstrahlung aufzuzeichnen. Astronomen richteten es auf junge Sterne, die starke Gasströme mit Geschwindigkeiten von hunderten Kilometern pro Sekunde in den Weltraum schleudern. Wenn diese Ströme mit umgebenden Gaswolken kollidieren, entstehen Schockwellen und helle Bereiche, die als Herbig-Haro-Objekte bekannt sind. Bei der Analyse der Infrarotdaten des Teleskops zum Objekt HH 168 in der Sternentstehungsregion Cepheus A bemerkten die Forscher eine Reihe sehr schwacher Signale, deren Eigenschaften mit der von Pan und Oka 1986 vorhergesagten H₃⁺-Ionen-Strahlung übereinstimmten.

26 Signale und eine statistische Signifikanz von 72 Sigma

Insgesamt entdeckten die Wissenschaftler 26 solcher Signale. Das stärkste davon überschritt die statistische Schwelle von 72 Sigma, was eine Wahrscheinlichkeit für einen Zufallstreffer von praktisch Null bedeutet. Später fanden Astronomen dieselbe Strahlung auch in Archivdaten eines anderen ähnlichen Objekts — HH 211, was das Ergebnis zusätzlich untermauert.

Was das für die Astronomie bedeutet

Den Forschern zufolge bietet die Entdeckung ein neues Werkzeug zur Untersuchung der Kollision von Gasströmen im Weltraum und der Prozesse um junge Sterne herum. Das H₃⁺-Ion, das jahrzehntelang «unsichtbar» blieb, könnte nun zu einem Marker für die Analyse von Schockwellen und der Chemie in Sternentstehungsgebieten werden.