ALMA revela que orígenes de agua en planeta en formación se remontarían a medio interestelar

Newswise — Un equipo científico detectó agua en el disco circumestelar de una protoestrella cercana gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Es la primera vez que se observa agua depositándose en un disco protoplanetario sin que se produzcan cambios significativos en su composición. Este hallazgo permite suponer que el agua presente en nuestro Sistema Solar se formó miles de millones de años antes que el Sol. Los resultados del estudio se publicaron hoy en la revista Nature.

V883 Orionis es una protoestrella situada a unos 1.305 años luz de la Tierra, en la constelación de Orión. Su observación permitió a la comunidad científica encontrar un vínculo probable entre el agua presente en el medio interestelar y el agua de nuestro Sistema Solar, al confirmarse que tienen una composición similar. 

“Podemos pensar en la trayectoria del agua a través del Universo como un sendero. Conocemos los paraderos, que son los planetas y cometas donde hay agua, pero queríamos remontar su rastro hasta los orígenes del agua”, cuenta John Tobin, astrónomo del Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO, en su sigla en inglés) de la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos (NSF) y autor principal del artículo. “Hasta ahora, podíamos relacionar la Tierra con los cometas y las protoestrellas con el medio interestelar, pero no podíamos establecer un vínculo entre las protoestrellas y los cometas. Eso cambió con V883 Ori, y ahora sabemos que las moléculas de agua de ese sistema y las de nuestro Sistema Solar tienen proporciones similares de deuterio e hidrógeno”.  

Observar agua en los discos circumestelares de las protoestrellas es una tarea compleja, puesto que en la mayoría de los sistemas el agua se encuentra congelada. Al observar protoestrellas, la comunidad científica busca líneas de nieve, o líneas de hielo, donde el agua hace la transición entre el hielo y el gas, que se puede observar en mayor detalle mediante radioastronomía. “Si la línea de nieve está demasiado cerca de la estrella, no hay agua suficiente en estado gaseoso como para detectarla fácilmente, y el polvo del disco puede tapar buena parte de las emisiones del agua. Si la línea de nieve se encuentra lo suficientemente lejos de la estrella, puede haber vapor de agua detectable, y eso es lo que se ha observado en V883 Ori”, explica John Tobin, quien agrega que esta investigación solo fue posible gracias a esta característica única de la protoestrella.

El disco de V883 Ori es bastante masivo y tiene la temperatura justa que permite que el agua pase de estado sólido a gaseoso, de ahí que sea ideal para estudiar el crecimiento y la evolución de los sistemas solares en longitudes de onda de radio.

“Esta observación demuestra la extraordinaria capacidad que tiene ALMA para estudiar algo tan importante para la vida en la Tierra: el agua”, celebra Joe Pesce, Program Officer de la NSF para ALMA. “Dilucidar procesos importantes para la vida en la Tierra observándolos en regiones más distantes de la galaxia también nos ayuda a entender mejor cómo funciona la naturaleza en general y conocer los procesos que permitieron a nuestro Sistema Solar convertirse en lo que es hoy”. 

Para establecer una relación entre el agua del disco protoplanetario de V883 Ori y el agua de nuestro Sistema Solar, el equipo de investigación estudió su composición usando los receptores ultrasensibles de Banda 5 (1,6 mm) y Banda 6 (1,3 mm) y descubrió que su composición se mantiene relativamente inalterada en cada etapa de formación de un sistema solar: de la protoestrella al disco protoplanetario y los cometas. “Esto significa que el agua de nuestro Sistema Solar se formó mucho antes que el Sol, los planetas y los cometas. Ya sabíamos que hay mucha agua en el medio interestelar. Los resultados obtenidos ahora demuestran que esa agua se incorporó directamente al Sistema Solar durante su formación”, afirma Merel van ‘t Hoff, astrónoma de la Universidad de Michigan y coautora del artículo. “Esto es muy emocionante, porque es un indicio de que otro sistemas planetarios también deben de haber recibido grandes cantidades de agua”.

Es fundamental entender bien el papel del agua en el desarrollo de cometas y planetesimales para saber cómo se formó exactamente nuestro propio Sistema Solar. Aunque se cree que el Sol se formó en un denso cúmulo de estrellas, mientras que V883 Ori se encuentra relativamente aislada, en una zona sin estrellas, los dos astros tienen una característica fundamental en común: ambos se formaron en nubes moleculares gigantes.  

“Sabemos que la mayor parte del agua del medio interestelar se deposita en forma de hielo en la superficie de diminutos granos de polvo presentes en las nubes. Cuando estas nubes colapsan por efecto de su propia gravedad y forman nuevas estrellas, el agua se deposita en los discos que las rodean. Con el tiempo, los discos evolucionan y los granos de polvo congelados se aglomeran hasta formar un sistema solar con planetas y cometas”, explica Margot Leemker, astrónoma de la Universidad de Leiden y coautora del artículo. “Hemos demostrado que el agua que se forma en las nubes pasa por estas etapas prácticamente sin alterarse. De esa forma, al analizar el agua del disco V883 Ori, básicamente miramos hacia el pasado y vemos cómo era nuestro propio Sistema Solar en su juventud. 

John Tobin agrega: “Hasta ahora la cadena evolutiva del agua en nuestro Sistema Solar estaba incompleta. V883 Ori aportó el eslabón faltante, y ahora conocemos todo el linaje del agua, desde los cometas y las protoestrellas hasta el medio interestelar”. 

Recursos

“Deuterium-enriched water ties planet-forming disks to comets and protostars” (‘Agua rica en deuterio permite relacionar discos protoplanetarios con cometas y protoestrellas’), J. Tobin et al., 8 de marzo de 2023, Nature, https://doi.org/10.1038/s41586-022-05676-z

Información adicional para NRAO

El Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos (NRAO) es un establecimiento de la Fundación Nacional de Ciencia operado por Associated Universities, Inc. en virtud de un acuerdo de cooperación.

Información adicional para ALMA

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembro, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembro; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.