Webb detecta vapor de agua en una zona de formación de planetas rocosos

El hallazgo muestra que hay una reserva de agua disponible para los planetas terrestres que podrían estar fusionándose allí.

El concepto de este artista retrata la estrella PDS 70 y su disco protoplanetario interno. Crédito: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI).

El agua es esencial para la vida tal como la conocemos. Aún así, los científicos debaten cómo llegó a la Tierra y si los mismos procesos podrían sembrar exoplanetas rocosos que orbitan estrellas distantes.

Ahora, nuevos conocimientos pueden provenir del sistema planetario PDS 70, ubicado a 370 años luz de distancia. La estrella alberga un disco interno y un disco externo de gas y polvo, separados por un espacio de 8 mil millones de kilómetros, y dentro de ese espacio hay dos planetas gigantes gaseosos conocidos.

Las nuevas mediciones del MIRI (Instrumento de infrarrojo medio) del telescopio espacial James Webb de la NASA, han detectado vapor de agua en el disco interno del sistema, a distancias de menos de 160 millones de kilómetros de la estrella —la región donde los planetas terrestres rocosos pueden estar formándose (la Tierra orbita a 150 millones de km del Sol)—. Esta es la primera detección de agua en la región terrestre de un disco que ya se sabe que alberga dos o más protoplanetas.

Un espectro del disco protoplanetario de PDS 70, obtenido con el MIRI de Webb. Muestra una serie de líneas de emisión de vapor de agua. Crédito: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI).

«Hemos visto agua en otros discos, pero no tan cerca y en un sistema donde los planetas se están ensamblando actualmente. No pudimos hacer este tipo de medición antes de Webb», dijo la autora principal Giulia Perotti del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) en Heidelberg, Alemania.

«Este descubrimiento es extremadamente emocionante, ya que investiga la región donde normalmente se forman los planetas rocosos similares a la Tierra», agregó el director de MPIA, Thomas Henning, coautor del artículo. Henning es co-investigador principal del MIRI de Webb, que realizó la detección, y el investigador principal del programa MINDS (Sondeo de Disco en Infrarrojo Medio) que tomó los datos.

Un ambiente húmedo para la formación de planetas

PDS 70 es una estrella de tipo K, más fría que nuestro Sol, y se estima que tiene 5,4 millones de años. Esto es relativamente antiguo en términos de estrellas con discos formadores de planetas, lo que hizo que el descubrimiento del vapor de agua fuera sorprendente.

Con el tiempo, el contenido de gas y polvo de los discos formadores de planetas disminuye. O la radiación y los vientos de la estrella central expulsan ese material, o el polvo se convierte en objetos más grandes que eventualmente dan nacimiento a planetas. Como estudios anteriores no pudieron detectar agua en las regiones centrales de discos de edad similar, se sospechaba que nada nuevo podría surgir de semejante ambiente seco y lleno de radiación estelar.

La arquitectura del sistema PDS 70. Crédito: G. Perotti et al.

Sin embargo, los instrumentos de vanguardia del Webb han permitido a los astrónomos realizar un descubrimiento revelador. Si bien no observaron aún la formación de planetas dentro del disco interno de PDS 70, sí identificaron la presencia de materia prima para la construcción de mundos rocosos, en forma de silicatos. Además, la detección de vapor de agua implica que, si se están formando planetas rocosos en esa región, dispondrán de agua desde sus primeras etapas de desarrollo. Esto abre nuevas perspectivas y plantea interesantes preguntas sobre la formación planetaria en ambientes previamente considerados inhóspitos.

«Encontramos una cantidad relativamente alta de pequeños granos de polvo. Combinado con nuestra detección de vapor de agua, el disco interno es un lugar muy emocionante», dijo el coautor Rens Waters de la Universidad de Radboud en los Países Bajos.

¿Cuál es el origen del agua?

El descubrimiento plantea la pregunta de dónde vino el agua. El equipo de MINDS consideró dos escenarios diferentes para explicar su hallazgo.

Una posibilidad es que las moléculas de agua se estén formando en el lugar donde se detectaron, a medida que se combinan los átomos de hidrógeno y oxígeno. Una segunda posibilidad es que las partículas de polvo recubiertas de hielo se transporten desde el disco exterior frío al disco interior caliente, donde el hielo de agua se sublima y se convierte en vapor. Tal sistema de transporte sería sorprendente, ya que el polvo tendría que cruzar la gran brecha abierta por los dos planetas gigantes.

Otra pregunta que plantea el hallazgo es cómo el agua podría sobrevivir tan cerca de la estrella, cuando la luz ultravioleta de esta debería romper las moléculas de agua. Lo más probable es que el material circundante —como el polvo y otras moléculas de agua— sirva como escudo protector. Como resultado, el agua detectada en el disco interior del PDS 70 podría sobrevivir a la destrucción.

En última instancia, el equipo utilizará dos instrumentos más de Webb, NIRCam (cámara de infrarrojo cercano) y NIRSpec (espectrógrafo de infrarrojo cercano) para estudiar el sistema PDS 70 en un esfuerzo por obtener una comprensión aún mayor.

El estudio ha sido publicado en la revista especializada Nature.

Fuente: NASA. Edición: MP.