Astrónomos descubren un eslabón perdido para el agua del Sistema Solar
Utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo de astrónomos y astrónomas ha detectado agua en forma de gas en el disco de formación planetaria que rodea a la estrella V883 Orionis. Este agua lleva una firma química que explicaría el viaje del agua desde las nubes de gas de formación estelar hasta los planetas, apoyando la idea de que el agua de la Tierra es incluso más antigua que nuestro Sol.
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| Esta representación artística muestra el disco de formación planetaria que hay alrededor de la estrella V883 Orionis. En la parte más externa del disco, el agua se congela en forma de hielo y, por lo tanto, no puede detectarse fácilmente. Una potente emisión de energía procedente de la estrella calienta el disco interior hasta una temperatura en la que el agua ya no está en forma de hielo, sino de gas, lo que permite su detección. La imagen del recuadro muestra los dos tipos de moléculas de agua estudiadas en este disco: agua normal, con un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno, y una versión más pesada donde un átomo de hidrógeno se reemplaza con deuterio, un isótopo pesado de hidrógeno. Crédito: ESO/L. Calçada |
"Ahora podemos rastrear los orígenes del agua de nuestro Sistema Solar hasta antes de que se formara el Sol", afirma John J. Tobin, astrónomo del Observatorio Nacional de Radioastronomía (EE.UU.) y autor principal del estudio publicado hoy en la revista Nature.
Este descubrimiento se realizó mientras se estudiaba la composición del agua presente en V883 Orionis, un disco de formación planetaria situado a unos 1300 años luz de distancia de la Tierra. Cuando una nube de gas y polvo colapsa, forma una estrella en su centro. Alrededor de la estrella, el material de la nube también forma un disco. En el transcurso de unos pocos millones de años, la materia del disco se agrupa para formar cometas, asteroides y, con el tiempo, planetas. Tobin y su equipo utilizaron el conjunto de antenas ALMA, del que el Observatorio Europeo Austral (ESO) es socio, para medir las firmas químicas del agua y su trayectoria desde la nube de formación estelar hasta los planetas.
Por lo general, el agua consiste en un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. El equipo de Tobin estudió una versión ligeramente más pesada del agua donde uno de los átomos de hidrógeno se reemplaza con deuterio, un isótopo pesado de hidrógeno. Debido a que el agua simple y el agua pesada se forman bajo diferentes condiciones, su proporción se puede usar para rastrear cuándo y dónde se formó el agua. Por ejemplo, se ha demostrado que esta proporción, en algunos cometas del Sistema Solar, es similar a la del agua en la Tierra, lo que sugiere que los cometas podrían haber proporcionado agua a la Tierra.
El viaje del agua desde las nubes a las estrellas jóvenes, y luego de los cometas a los planetas, ya se había observado anteriormente, pero hasta ahora faltaba el vínculo entre las estrellas jóvenes y los cometas. "En este caso, V883 Orionis representa el eslabón perdido", declara Tobin. "La composición del agua del disco es muy similar a la de los cometas de nuestro propio Sistema Solar. Se trata de una confirmación de la idea de que el agua de los sistemas planetarios se formó hace miles de millones de años, antes que el Sol, en el espacio interestelar, y ha sido heredada, tanto por los cometas como por la Tierra, con cambios relativamente escasos".
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| Imágenes de ALMA del disco que rodea a la estrella V883 Orionis donde puede observarse la distribución espacial del agua (izquierda, naranja), polvo (centro, verde) y monóxido de carbono (derecha, azul). Debido a que el agua se congela a temperaturas más altas que el monóxido de carbono, solo se puede detectar en forma gaseosa cuando está cerca de la estrella. La aparente brecha en las imágenes entre el agua y el monóxido de carbono se debe, en realidad, a la emisión brillante del polvo, que atenúa la emisión del gas. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF) |
Pero observar el agua resultó ser complicado. "La mayor parte del agua presente en los discos de formación planetaria está congelada como hielo, por lo que generalmente está oculta a nuestra vista", afirma la coautora Margot Leemker, estudiante de doctorado en el Observatorio de Leiden (Países Bajos). El agua en forma de gas se puede detectar gracias a la radiación emitida por las moléculas a medida que giran y vibran, pero cuando el agua está congelada resulta más complicado, ya que el movimiento de las moléculas está más restringido. El agua en forma de gas se puede encontrar hacia la zona central de los discos, cerca de la estrella, donde la temperatura es mayor. Sin embargo, estas regiones cercanas están ocultas por el propio disco de polvo, y además son demasiado pequeñas para ser captadas por nuestros telescopios.
Afortunadamente, en un estudio reciente se comprobó que el disco V883 Orionis está a una temperatura inusualmente alta. Una impresionante emisión de energía procedente de la estrella calienta el disco "hasta una temperatura en la que el agua ya no está en forma de hielo, sino de gas, lo cual nos permite detectarlo", declara Tobin.
Para observar el agua en forma de gas de V883 Orionis, el equipo utilizó ALMA, un conjunto de radiotelescopios situado en el norte de Chile. Gracias a su sensibilidad y capacidad para distinguir pequeños detalles, pudieron detectar el agua y determinar su composición, así como mapear su distribución dentro del disco. A partir de estas observaciones, descubrieron que este disco contiene al menos 1200 veces la cantidad de agua presente en todos los océanos de la Tierra.
En el futuro, esperan utilizar el próximo Extremely Large Telescope (ELT) de ESO y su instrumento de primera generación METIS. Este instrumento de infrarrojo medio podrá resolver la fase gaseosa del agua en este tipo de discos, proporcionando información más precisa sobre la trayectoria del agua desde las nubes de formación estelar hasta los sistemas solares. "Esto nos dará una visión mucho más completa del hielo y el gas en los discos de formación planetaria", concluye Leemker.
Información adicional
Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo “Deuterium-enriched water ties planet-forming disks to comets and protostars”, publicado en la revista Nature (doi: 10.1038/s41586-022-05676-z).
El equipo está formado por John J. Tobin (Observatorio Nacional de Radioastronomía, EE.UU.); Merel L. R. van’t Hoff (Departamento de Astronomía, Universidad de Míchigan, EE.UU.); Margot Leemker (Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Países Bajos [Leiden]); Ewine F. van Dishoeck (Leiden); Teresa Paneque-Carreño (Leiden; Observatorio Europeo Austral, Alemania); Kenji Furuya (Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Japón); Daniel Harsono (Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Tsing Hua, Taiwán); Magnus V. Persson (Departamento de Espacio, Tierra y Medio Ambiente, Universidad Chalmers de Tecnología, Observatorio Espacial de Onsala, Suecia); L. Ilsedore Cleeves (Departamento de Astronomía, Universidad de Virginia, EE.UU.); Patrick D. Sheehan (Centro de Exploración Interdisciplinar e Investigación en Astronomía, Universidad Northwestern, EE.UU.); y Lucas Cieza (Núcleo de Astronomía, Facultad de Ingeniería, Núcleo Millennium para exoplanetas jóvenes y sus lunas, Universidad Diego Portales, Chile).
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Publicado en ESO/España el 8 de marzo del 2023, enlace publicación.
