El Telescopio Espacial Webb de la NASA detecta vapor de agua en la zona de formación del planeta rocoso

El descubrimiento muestra que hay una reserva de agua disponible para los planetas terrestres que podrían fusionarse allí.

Agua, agua, por todas partes, no en gotas, sino como vapor. científicos usando NASA‘S Telescopio espacial James Webb encontraron que los planetas sedientos en el sistema PDS 70 tienen acceso a un depósito de agua. Es importante destacar que el vapor de agua se ha encontrado a 100 millones de millas de la estrella, la región donde podrían formarse planetas terrestres como la Tierra. (La Tierra orbita a 93 millones de millas de nuestro Sol).

PDS 70 es más frío que nuestro Sol y se estima que tiene 5,4 millones de años. Es el hogar de dos planetas gigantes gaseosos conocidos, al menos uno de los cuales todavía está acumulando material y creciendo. 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 MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb, muestra una serie de líneas de emisión de vapor de agua. Los científicos determinaron que el agua se encuentra en el disco interno del sistema, a distancias de menos de 100 millones de millas de la estrella, la región donde podrían formarse planetas rocosos y terrestres. Créditos: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

El Telescopio Espacial Webb detecta vapor de agua en la zona de formación del planeta rocoso

El agua es esencial para la vida tal como la conocemos. Sin embargo, cómo el agua llegó a la Tierra y si los mismos procesos podrían sembrar exoplanetas rocosos que orbitan estrellas distantes siguen siendo temas de debate científico. Estos debates podrían beneficiarse de nuevos conocimientos del sistema planetario PDS 70, ubicado a 370 años luz de distancia. Este sistema estelar comprende un disco interno y externo de gas y polvo, separados por una brecha que se extiende 5 mil millones de millas (u 8 mil millones de kilómetros). Dos planetas gigantes gaseosos conocidos residen dentro de este espacio vacío.

Los nuevos datos recopilados por el Instrumento de infrarrojo medio (MIRI) del telescopio espacial James Webb de la NASA han detectado vapor de agua en el disco interno del sistema, a distancias inferiores a 160 millones de kilómetros de la estrella, la región donde podrían formarse planetas rocosos y terrestres. (La Tierra orbita a 93 millones de millas de nuestro Sol). En particular, esta es la primera vez que se detecta agua en la región de la Tierra de un disco que ya se ha confirmado que alberga dos o más protoplanetas.

“Hemos visto agua en otros discos, pero no tan cerca y en un sistema donde los planetas se están ensamblando actualmente. No podíamos hacer este tipo de mediciones 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 explora 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 el co-investigador principal del Mid-Infrared Instrument (MIRI) de Webb, que llevó a cabo la encuesta, y el investigador principal del programa MIRI Mid-Infrared Disk Survey (MINDS), que recopiló los datos.

Un ambiente húmedo para la formación de planetas

PDS 70 es una estrella de tipo K, más fría que nuestro Sol, con una edad estimada de 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 dicho material, o el polvo se convierte en objetos más grandes que eventualmente forman planetas. Debido a que estudios previos no pudieron detectar agua en las regiones centrales de discos de edad similar, los astrónomos sospecharon que podría no sobrevivir a la fuerte radiación estelar, lo que llevaría a un ambiente seco para que eventualmente se formen planetas rocosos.

Los astrónomos aún no han detectado la formación de planetas dentro del disco interno de PDS 70. Sin embargo, ven la materia prima para construir mundos rocosos en forma de silicatos. La detección de vapor de agua implica que si allí se están formando planetas rocosos, tendrán agua disponible desde el principio.

“Encontramos una cantidad relativamente grande de pequeñas motas 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 descubrimiento.

Una posibilidad es que las moléculas de agua se estén formando donde las detectamos cuando los átomos de hidrógeno y oxígeno se combinan. Una segunda posibilidad es que las partículas de polvo recubiertas de hielo sean transportadas 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 pasar a través de la amplia brecha abierta por los dos planetas gigantes.

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

Eventualmente, el equipo usará otras dos herramientas 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.

Estas observaciones se tomaron como parte del programa de observación de tiempo garantizado 1282. Este hallazgo se publicó en la revista Naturaleza.

Referencia: «Agua en la zona de formación de planetas terrestres del disco PDS 70» por G. Perotti, V. Christiaens, Th. Henning, B. Tabone, LBFM Waters, I. Kamp, G. Olofsson, SL Grant, D. Gasman, J. Bouwman, M. Samland, R. Franceschi, EF van Dishoeck, K. Schwarz, M. Güdel, P.-O. Lagage, TP Ray, B. Vandenbussche, A. Abergel, O. Absil, AM Arabhavi, I. Argyriou, D. Barrado, A. Boccaletti, A. Caratti o Garatti, V. Geers, AM Glauser, K. Justannont, F. Lahuis, M. Mueller, C. Nehmé, E. Pantin, S. Scheithauer, C. Waelkens, R. Guadarrama, H. Jang , J. Kanwar, M. Morales-Calderón, N. Pawelek, D. Rodgers-Lee, J. Schreiber, L. Colina, TR Greve, G. Östlin y G. Wright, 24 de julio de 2023, Naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-023-06317-9

El telescopio espacial James Webb es el principal observatorio de ciencia espacial del mundo. Webb está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá de mundos distantes a otras estrellas, e investigando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.