В холодном облаке TMC-1, где температура не поднимается выше десяти градусов выше абсолютного нуля, молекулы почти не встречаются друг с другом. Но время от времени сквозь них пролетает атом гелия, и этого короткого касания достаточно, чтобы молекула изменила своё вращение. Именно такие столкновения определяют, какое излучение мы увидим с Земли.

Молекула циклопентадиена похожа на оркестр, где каждый вращательный уровень — музыкант со своей партией. Столкновения с гелием играют роль дирижёра: они распределяют энергию между уровнями, одни усиливают, другие приглушают. Без дирижёра оркестр быстро расстроился бы, и его звучание перестало бы отражать температуру зала.

Учёные рассчитали, как именно гелий «дирижирует» циклопентадиеном. Для этого они построили карту взаимодействия двух частиц и проследили все возможные исходы их встреч при разных энергиях. Оказалось, что молекула предпочитает сохранять ориентацию своего вращения: переходы, при которых одна из осей вращения не меняется, происходят в 5–10 раз чаще, чем те, где меняется всё.

Когда эти данные подставили в модель переноса излучения для условий TMC-1, выяснилось: уже при плотности газа около тысячи частиц в кубическом сантиметре уровни циклопентадиена почти полностью приходят в тепловое равновесие. Это значит, что молекула «поёт» так, как если бы её температура совпадала с температурой облака. Поэтому астрономы могут спокойно использовать простое предположение о равновесии, чтобы оценить, сколько циклопентадиена в облаке.

Оркестр циклопентадиена в холодном облаке TMC-1 не нуждается в сложной настройке: редких касаний гелия достаточно, чтобы все музыканты играли в унисон с температурой зала. Теперь у астрономов есть точная партитура этих касаний, и будущие наблюдения других кольцевых молекул можно будет интерпретировать гораздо надёжнее.