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.
"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".
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).
El
Observatorio Europeo Austral (ESO) pone a disposición de la comunidad
científica mundial los medios necesarios para desvelar los secretos del
Universo en beneficio de todos. Diseñamos, construimos y operamos observatorios
de vanguardia basados en tierra -utilizados por la comunidad astronómica para
abordar preguntas emocionantes y difundir la fascinación por la astronomía- y
promovemos la colaboración internacional en astronomía. Establecida como
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Estados Miembros (Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia,
Francia, Irlanda, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido,
República Checa, Suecia y Suiza), junto con Chile, país anfitrión, y con
Australia como socio estratégico. La sede de ESO y su planetario y centro de
visitantes, el ESO Supernova, se encuentran cerca de Múnich (Alemania),
mientras que el desierto chileno de Atacama, un lugar maravilloso con
condiciones únicas para observar el cielo, alberga nuestros telescopios. En
Paranal, ESO opera el Very Large Telescope junto con su interferómetro VLTI
(Very Large Telescope Interferometer), así como dos telescopios de rastreo:
VISTA, que trabaja en el infrarrojo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio
de Rastreo del VLT), que rastrea en luz visible. También en Paranal, ESO
albergará y operará el Cherenkov Telescope Array South, el observatorio de
rayos gamma más grande y sensible del mundo. En Chajnantor, junto con socios
internacionales, ESO opera APEX y ALMA, dos instalaciones que observan los
cielos en el rango milimétrico y submilimétrico. En Cerro Armazones, cerca de
Paranal, estamos construyendo "el ojo más grande del mundo para mirar el
cielo": el Telescopio Extremadamente Grande de ESO (ELT, Extremely Large
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de nuestras operaciones en el país y nos comprometemos con los socios chilenos
y con la sociedad chilena.
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