El hidroxilo como sonda del ciclo del agua caliente en los discos de formación de planetas
Un equipo internacional, formado por los astrofísicos de la Universidad de Western en Ontario, Els Peeters y Jan Cami, ha descubierto la destrucción y nueva formación de una gran cantidad de agua en un disco de formación de planetas situado en el corazón de la Nebulosa de Orión.
Este descubrimiento fue posible gracias a un enfoque multidisciplinario original que combina observaciones del Telescopio Espacial James Webb (JWST) y cálculos de física cuántica.
El estudio, que forma parte del programa PDRs4All Early Release Science, fue dirigido por la estudiante de docrorado Marion Zannese de la Universidad Paris-Saclay. PDRs4All es uno de los 13 programas científicos de lanzamiento temprano seleccionados por la NASA para demostrar las capacidades del JWST, reuniendo a un consorcio internacional.
"Es tan impresionante que con sólo unos pocos píxeles de observaciones, y centrándonos en algunas líneas, podemos darnos cuenta de que cada mes se evapora todo un océano de agua", dijo Peeters, Investigadora codirectora de PDRs4All y miembro del cuerpo docente del Instituto Western para la Exploración de la Tierra y el Espacio. "Este descubrimiento se basó en una pequeña fracción de nuestros datos espectroscópicos. Es emocionante que tengamos muchos más datos para extraer y no puedo esperar a ver qué más podemos encontrar".
Imagen: (Izquierda y centro) El joven disco d203-506 está enterrado en la Nebulosa de Orión visto por el JWST (imagen de PDRs4All); (Derecha) Animación que ilustra cómo las observaciones del JWST revelaron la formación y destrucción del agua. Crédito: M. Zannese
El agua es un ingrediente esencial para el surgimiento de la vida tal como se entiende actualmente. En la Tierra, la mayor parte del agua de nuestros océanos se formó mucho antes del nacimiento del sistema solar, en regiones frías del espacio interestelar a -250°C. Sin embargo, una fracción de esta agua podría haber sido destruida y reformada a temperaturas más altas (100-500°C) cuando el sistema solar todavía era sólo un disco de gas y polvo que orbitaba alrededor de nuestro joven sol naciente.
Para comprender este enigmático reciclaje de agua, el equipo internacional de astronomía apuntó el JWST hacia 'd203-506', un disco de formación de planetas ubicado en la Nebulosa de Orión, un vivero de sistemas planetarios. La intensa radiación ultravioleta producida por estrellas masivas provoca la destrucción y nueva formación de agua en d203-506, convirtiéndolo en un auténtico laboratorio interestelar.
"El telescopio James Webb es increíblemente poderoso. No estamos hablando de encontrar una aguja en un pajar para este descubrimiento. Se trata de una aguja en un pajar hecho de agujas", dijo Cami, profesora de física y astronomía y miembro principal de PDRs4All.
Imagen compuesta JWST NIRCam de la barra de Orión en la nube molecular de Orión. Crédito: Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02203-0
Salto cuántico
La colaboración con expertos en dinámica cuántica del Complejo de Comunicaciones del Espacio Profundo de Madrid (España) y el Observatorio de Leiden (Países Bajos) fue la clave para comprender cómo se podía observar la formación y destrucción de moléculas situadas a más de 1.000 años luz de distancia.
Cuando la luz ultravioleta destruye el agua, se libera una molécula de hidroxilo, seguida de la emisión de fotones que viajan hasta el JWST. En total, se estima que el equivalente al agua de todos los océanos de la Tierra se destruye cada mes y se repone en el sistema d203-506.
Pero la historia no termina ahí. Mediante un mecanismo similar, JWST revela que el hidroxilo, un intermediario clave en la formación de agua, también se produce en abundancia a partir del oxígeno atómico. Parte del agua que forma los océanos de la Tierra podría haber pasado por ese ciclo.
El estudio fue publicado hoy en Nature Astronomy: OH as a probe of the warm-water cycle in planet-forming disks
