Usando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), los astrónomos han detectado agua gaseosa en el disco de formación de planetas alrededor de la estrella V883 Orionis. Esta agua lleva una firma química que explica el viaje del agua desde las nubes de gas que forman estrellas hasta los planetas, y apoya la idea de que el agua en la Tierra es incluso más antigua que nuestro sol.

Interpretación artística que muestra el disco de formación planetaria 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 se puede detectar fácilmente. Un estallido de energía de la estrella calienta el disco interior a una temperatura en la que el agua es gaseosa, lo que permite a los astrónomos detectarla. El 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 en nuestro sistema solar antes de la formación del Sol», dijo John J. Tobin, astrónomo del Observatorio Nacional de Radioastronomía de EE.UU. y autor principal del estudio publicado hoy en Nature.

Este hallazgo 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.

Tobin y sus colegas utilizaron ALMA, del cual el Observatorio Europeo Austral (ESO) es socio, para medir las firmas químicas del agua y su camino 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 estudió una versión de agua ligeramente más pesada en la que uno de los átomos de hidrógeno se reemplazan 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 nuestro planeta.

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», explicó 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.

Imágenes de ALMA del disco alrededor de la estrella V883 Orionis, que muestran la distribución espacial de agua (izquierda, naranja), polvo (centro, verde) y monóxido de carbono (azul, derecha). Debido a que el agua se congela a temperaturas más altas que el monóxido de carbono, solo se puede detectar en forma gaseosa más cerca de la estrella. La brecha aparente entre las imágenes de agua y 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).

«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», señaló 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 estallido dramático 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», precisó Tobin.

Este diagrama ilustra cómo una nube de gas colapsa para formar una estrella con un disco a su alrededor, a partir del cual eventualmente se formará un sistema planetario. Crédito: ESO/L. Calçada.

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 Telescopio Extremadamente Grande 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», concluyó Leemker.

Fuente: ESO. Edición: MP.