Usando el radiotelescopio Alma en Chile, descubren cómo se originó el agua en el Sistema Solar

El descubrimiento publicado en Nature bajo la investigación “El agua enriquecida con deuterio une los discos formadores de planetas con los cometas y las protoestrellas” se realizó al estudiar la composición del agua en V883 Orionis, un disco de formación de planetas a unos 1300 años luz 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, finalmente, planetas.

John J. Tobin, astrónomo del Observatorio Nacional de Radioastronomía (EE. UU.) y su equipo utilizaron ALMA, del que es socio el Observatorio Europeo Austral (ESO), para medir las firmas químicas del agua y su trayectoria desde la nube de formación estelar hasta los planetas.

El agua generalmente consta de un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. El equipo de Tobin estudió una versión de agua ligeramente más pesada en la que 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 en 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 llevado agua a la Tierra.

El viaje del agua de 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. " V883 Orionis es el eslabón perdido en este caso “, dice Tobin. " La composición del agua en el disco es muy similar a la de los cometas en nuestro propio Sistema Solar. Esta es la confirmación de la idea de que el agua en 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, relativamente sin cambios”.

Pero observar el agua resultó ser complicado. “La mayor parte del agua en los discos de formación de planetas está congelada en forma de hielo, por lo que generalmente está oculta a nuestra vista“, dice la coautora Margot Leemker, estudiante de doctorado en el Observatorio de Leiden en los Países Bajos. El agua gaseosa se puede detectar gracias a la radiación emitida por las moléculas cuando giran y vibran, pero esto es más complicado cuando el agua está congelada, donde el movimiento de las moléculas está más restringido. El agua gaseosa se puede encontrar hacia el centro de los discos, cerca de la estrella, donde hace más calor. Sin embargo, estas regiones cercanas están ocultas por el propio disco de polvo y también son demasiado pequeñas para ser fotografiadas con nuestros telescopios.

Afortunadamente, en un estudio reciente se demostró que el disco V883 Orionis estaba inusualmente caliente. Un dramático estallido de energía 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 que nos permite detectarlo “, dice Tobin.

El equipo utilizó ALMA, una serie de radiotelescopios en el norte de Chile, para observar el agua gaseosa en V883 Orionis. Gracias a su sensibilidad y capacidad para discernir pequeños detalles, pudieron detectar el agua y determinar su composición, así como mapear su distribución dentro del disco. A partir de las observaciones, encontraron que este disco contiene al menos 1200 veces la cantidad de agua en todos los océanos de la Tierra.

En el futuro, esperan utilizar el próximo Extremely Large Telescope de ESO y su instrumento METIS de primera generación . Este instrumento de infrarrojo medio podrá resolver la fase gaseosa del agua en este tipo de discos, fortaleciendo el vínculo del camino 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 de planetas “, concluye Leemker.