Un sorprendente descubrimiento revela que el agua en nuestro sistema solar puede haberse originado miles de millones de años antes que el sol.

ALMA rastrea la historia del agua en la formación de planetas hasta el medio interestelar

Las observaciones del agua en el disco que se forma alrededor de la protoestrella V883 Ori han revelado pistas sobre la formación de cometas y planetesimales en nuestro Sistema Solar.

Los científicos que estudian una protoestrella cercana han detectado la presencia de agua en su disco circunestelar. Las nuevas observaciones realizadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) marcan la primera detección de agua heredada en un disco protoplanetario sin cambios significativos en su composición. Estos hallazgos también sugieren que el agua en nuestro Sistema Solar se formó miles de millones de años antes que el Sol. Las nuevas observaciones se publican el 8 de marzo en la revista Naturaleza.

La impresión de este artista muestra el disco de formación de planetas alrededor de la estrella V883 Orionis. En la parte más externa del disco, el agua está congelada como 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 detectarlo.
La imagen insertada muestra los dos tipos de moléculas de agua estudiadas en este disco: agua regular, con un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno, y una versión más pesada en la que un átomo de hidrógeno es reemplazado por deuterio, un isótopo pesado de hidrógeno.
Crédito: ESO/L. Calçada

V883 Orionis es una protoestrella ubicada aproximadamente a 1.305 años luz de la Tierra en la constelación de Orión. Las nuevas observaciones de esta protoestrella han ayudado a los científicos a encontrar un vínculo probable entre el agua en el medio interestelar y el agua en nuestro Sistema Solar al confirmar que tienen una composición similar.

V883 Ori es una protoestrella única cuya temperatura es lo suficientemente alta como para convertir el agua en su disco circunestelar en gas, lo que permite a los radioastrónomos rastrear los orígenes del agua. Nuevas observaciones con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) han brindado la primera confirmación de que el agua en nuestro Sistema Solar puede provenir del mismo lugar que el agua en los discos que rodean a las protoestrellas en otras partes del Universo: el medio interestelar. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

“Podemos pensar en el camino del agua a través del universo como un camino. Sabemos cómo se ven los extremos, que son agua en los planetas y en los cometas, pero queríamos rastrear ese camino hasta los orígenes del agua», dijo John Tobin, astrónomo del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) de la Fundación Nacional de Ciencias. y el autor principal del nuevo artículo.»Antes de ahora, podíamos conectar la Tierra a los cometas y las protoestrellas al medio interestelar, pero no podíamos conectar las protoestrellas a los cometas. V883 Ori cambió eso y mostró que las moléculas de agua en ese sistema y en nuestro Sistema Solar tienen una proporción similar de deuterio a hidrógeno.

Usando[{» attribute=»»>ALMA, astronomers have detected the chemical signature of gaseous water in the planet-forming disc V883 Orionis. This acts as a timestamp for the water’s formation, allowing us to trace its journey. Credit: ESO

Observing water in the circumstellar disks around protostars is difficult because in most systems water is present in the form of ice. When scientists observe protostars they’re looking for the water snow line or ice line, which is the place where water transitions from predominantly ice to gas, which radio astronomy can observe in detail. “If the snow line is located too close to the star, there isn’t enough gaseous water to be easily detectable and the dusty disk may block out a lot of the water emission. But if the snow line is located further from the star, there is sufficient gaseous water to be detectable, and that’s the case with V883 Ori,” said Tobin, who added that the unique state of the protostar is what made this project possible.

V883 Ori’s disk is quite massive and is just hot enough that the water in it has turned from ice to gas. That makes this protostar an ideal target for studying the growth and evolution of solar systems at radio wavelengths.

La mayor parte del tiempo, el agua en los discos circunestelares que rodean a las protoestrellas se encuentra en forma de hielo y, a veces, se extiende largas distancias desde la estrella. En el caso de V883 Ori, la línea de nieve se extiende 80 au desde la estrella; es 80 veces la distancia entre la Tierra y el Sol, como se muestra en esta animación. Pero la temperatura de V883 Ori es lo suficientemente alta como para que gran parte del hielo en su disco se haya convertido en gas, lo que permite a los radioastrónomos estudiar esa agua en detalle. Nuevas observaciones con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) han revelado que el agua en el disco de V883 Ori tiene la misma composición básica que el agua en los objetos de nuestro Sistema Solar. Esto sugiere que el agua de nuestro Sistema Solar se formó miles de millones de años antes que el Sol en el medio interestelar. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

«Esta observación destaca las magníficas capacidades del instrumento ALMA para ayudar a los astrónomos a estudiar algo vital para la vida en la Tierra: el agua», dijo Joe Pesce, gerente del programa NSF para ALMA. “La comprensión de los procesos subyacentes importantes para nosotros en la Tierra, vistos en regiones más distantes de la galaxia, también beneficia nuestro conocimiento de cómo funciona la naturaleza en general y los procesos que deben ocurrir para que nuestro Sistema Solar se convierta en lo que somos. saber hoy».

Para vincular el agua en el disco protoplanetario de V883 Ori con la de nuestro Sistema Solar, el equipo midió su composición utilizando los receptores de banda 5 (1,6 mm) y banda 6 (1,3 mm) de alta sensibilidad de ALMA y descubrió que permanece relativamente sin cambios de una etapa a otra. . de la formación del sistema solar: protoestrella, disco protoplanetario y cometas. “Esto significa que el agua en nuestro Sistema Solar se formó mucho antes que el Sol, los planetas y los cometas. Ya sabíamos que hay mucho hielo de agua en el medio interestelar. Nuestros resultados muestran que esta agua se incorporó directamente al Sistema Solar durante su formación», dijo Merel van ‘t’ Hoff, astrónoma de la Universidad de Michigan y coautora del artículo. «Esto es emocionante, ya que sugiere que otros sistemas planetarios también debería haber recibido grandes cantidades de agua».

Mientras buscaban los orígenes del agua en nuestro Sistema Solar, los científicos se centraron en V883 Orionis, una protoestrella única ubicada a 1.305 años luz de la Tierra. A diferencia de otras protoestrellas, el disco circunestelar que rodea a V883 Ori es lo suficientemente caliente como para convertir el agua de hielo en gas, lo que hace posible que los científicos estudien su composición utilizando radiotelescopios como los del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) . Las observaciones de radio de la protoestrella revelaron agua (naranja), un continuo de polvo (verde) y gas molecular (azul), lo que sugiere que el agua de esta protoestrella es extremadamente similar al agua de los objetos de nuestro Sistema Solar y podría tener orígenes similares. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Aclarar el papel del agua en el desarrollo de cometas y planetesimales es fundamental para comprender cómo se desarrolló nuestro Sistema Solar. Aunque se cree que el Sol se formó en un denso cúmulo de estrellas y V883 Ori está relativamente aislado sin estrellas cercanas, los dos comparten una cosa clave en común: ambos se formaron en nubes moleculares gigantes.

“Se sabe que la mayor parte del agua en el medio interestelar se forma como hielo en la superficie de pequeños granos de polvo en las nubes. Cuando estas nubes colapsan por su propia gravedad y forman estrellas jóvenes, el agua se mete en los discos que las rodean. Eventualmente, los discos evolucionan y los granos de polvo helado se coagulan para formar un nuevo sistema solar con planetas y cometas», dijo Margot Leemker, astrónoma de la Universidad de Leiden y coautora del artículo. «Hemos demostrado que el agua que se encuentra en las nubes sigue este rastro prácticamente no ha cambiado. Entonces, al observar el agua en el disco V883 Ori, esencialmente estamos mirando hacia atrás en el tiempo y viendo cómo se veía nuestro Sistema Solar cuando era mucho más joven».

V883 Orionis es una protoestrella ubicada aproximadamente a 1.305 años luz de la Tierra en la constelación de Orión. Crédito: ESO/IAU y Sky & Telescope

Tobin agregó: “Hasta ahora, la cadena del agua en el desarrollo de nuestro Sistema Solar se había interrumpido. V883 Ori es el eslabón perdido en este caso, y ahora tenemos una cadena ininterrumpida en el linaje del agua desde los cometas y las protoestrellas hasta el medio interestelar.

Para obtener más información sobre este descubrimiento, consulte El agua en la Tierra es incluso más antigua que nuestro sol.

Referencia: «El agua enriquecida con deuterio une los discos formadores de planetas a cometas y protoestrellas» por John J. Tobin, Merel LR van ‘t Hoff, Margot Leemker, Ewine F. van Dishoeck, Teresa Paneque-Carreño, Kenji Furuya, Daniel Harsono, Magnus V. Persson, L. Ilsedore Cleeves, Patrick D. Sheehan y Lucas Cieza, 8 de marzo de 2023, Naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-022-05676-z