El viaje del agua desde las nubes interestelares hasta los mundos habitables

viaje agua del agua interestelar y el Herschel

En 2009 la ESA lanzó el telescopio espacial de infrarrojo lejano Herschel

Los nuevos sistemas solares nacen con suficiente agua para llenar varios miles de océanos

La astrónoma holandesa Ewine van Dishoeck (Universidad de Leiden, Países Bajos), junto con un equipo internacional de colegas, ha escrito una descripción general de todo lo que sabemos sobre el agua en las nubes interestelares gracias al observatorio espacial Herschel.

El artículo resume el conocimiento existente y proporciona nueva información sobre el origen del agua en mundos nuevos y potencialmente habitables. Se espera que el artículo sirva como trabajo de referencia durante los próximos veinte años.

Hace 10 años no se entendía bien cómo y dónde se forma el agua en el espacio interestelar y cómo finalmente termina en un planeta como la Tierra. Una razón de esto es que las observaciones realizadas con telescopios terrestres se ven afectadas por el vapor de agua en nuestra propia atmósfera.

En 2009 la ESA lanzó el telescopio espacial de infrarrojo lejano Herschel. Uno de los principales objetivos de Herschel era investigar el agua en el espacio. Herschel estuvo en servicio hasta 2013. De particular importancia fue el instrumento HIFI construido bajo el liderazgo holandés, también conocido como el "Molecule Hunter (cazador de moléculas)". En los últimos años, se han publicado decenas de artículos científicos basados en los datos del agua de Herschel. Ahora, estos resultados se han combinado y ampliado con nuevos conocimientos.

instrumento HIFI

Imagen: Un prototipo del "Molecule Hunter" (instrumento HIFI) en la exposición Above & Beyond en el Old Observatory

El nuevo estudio describe el viaje del agua a lo largo del proceso de formación estelar, incluidas las etapas intermedias que, hasta ahora, habían recibido menos atención. El artículo muestra que la mayor parte del agua se forma como hielo sobre diminutas partículas de polvo en frías y tenues nubes interestelares. Cuando una nube colapsa en nuevas estrellas y planetas, esta agua se conserva en gran medida y se ancla rápidamente en partículas de polvo del tamaño de un guijarro. En el disco giratorio alrededor de la joven estrella, estos guijarros forman los bloques de construcción de nuevos planetas.

Además, los investigadores han calculado que la mayoría de los nuevos sistemas solares nacen con suficiente agua para llenar varios miles de océanos. Ewine van Dishoeck dice: "Es fascinante darse cuenta de que cuando se bebe un vaso de agua, la mayoría de esas moléculas se formaron hace más de 4.500 millones de años en la nube a partir de la cual se formaron nuestro Sol y los planetas".

Muchos de los resultados anteriores de Herschel se centraron en el vapor de agua caliente que se ve de manera prominente y se produce copiosamente cerca de las estrellas en formación. Pero esa agua caliente se pierde en el espacio por las poderosas acreciones de la joven estrella. Mientras escribían la reseña, los investigadores obtuvieron más y más conocimientos sobre la química del vapor del agua fría y el hielo. Por ejemplo, pudieron demostrar que el hielo interestelar crece capa por capa sobre partículas de polvo. Basaron esta conclusión en las débiles señales del agua pesada (HDO y D2O en lugar de H2O).

En el futuro, los investigadores esperan poder estudiar más agua en el universo, particularmente en la formación de sistemas planetarios. Sin embargo, eso puede llevar un tiempo. Está previsto que el próximo telescopio espacial comparable a Herschel se lance no antes de 2040. Ewine van Dishoeck: "Existía la posibilidad de que un 'telescopio de agua' fuera al espacio alrededor de 2030, pero ese proyecto fue cancelado. Es una pena, pero fue una razón adicional para que nuestro equipo escribiera la descripción general del agua. De esa manera tenemos una memoria colectiva para cuando se presente una nueva misión".

Además, a finales de 2021, se lanzará el telescopio espacial James Webb. Contendrá el instrumento MIRI, construido por la asociación europeo-estadounidense, que podrá revelar una parte de la hoja de ruta del agua que hasta ahora ha permanecido fuera de alcance. El MIRI podrá detectar vapor de agua caliente en las zonas más internas de los discos de polvo.

El coautor Michiel Hogerheijde (Universidad de Leiden y Universidad de Amsterdam): "Herschel ya ha demostrado que los discos que forman planetas son ricos en hielo de agua. Con MIRI ahora podemos seguir ese rastro en las regiones donde se forman los planetas similares a la Tierra".

Los telescopios ALMA en Chile pueden observar desde el suelo vapor de agua en el espacio. Esto incluye el agua en galaxias distantes donde las líneas de agua se han alejado de las de la atmósfera de la Tierra. El coautor Lars Kristensen (Universidad de Copenhague, Dinamarca) agrega: "Gracias al legado de Herschel, podemos interpretar mucho mejor estos datos de ALMA".

"Water in star-forming regions: Physics and chemistry from clouds to disks as probed by Herschel spectroscopy" ha sido aceptado para su publicación en Astronomy & Astrophysics.

Imagen de cabecera: Viaje del agua desde las nubes interestelares a los mundos habitables. De arriba a la izquierda a abajo a la derecha: agua en una nube interestelar fría, cerca de una estrella joven en formación con una salida, en un disco protoplanetario, en un cometa y en los océanos de un exoplaneta. Las primeras tres etapas muestran el espectro de vapor de agua medido por el instrumento HIFI en el observatorio espacial Herschel. Las señales de la fría nube interestelar y del disco protoplanetario se han exagerado en esta imagen por un factor de 100 en comparación con las de la joven, formando una estrella en el centro. Crédito: ESA/ALMA/NASA/L.E. Kristensen

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