Un equipo internacional acaba de evidenciar la destrucción y reformación de una gran cantidad de agua dentro de un disco protoplanetario situado en el corazón de la nebulosa de Orión.
Este hallazgo ha sido posible gracias a un enfoque multidisciplinario que combina observaciones del telescopio espacial JWST y cálculos de física cuántica. Este estudio, realizado en el marco del programa Early Release Science (ERS) PDRs4All y liderado por una joven investigadora, Marion Zannese, doctoranda en la Universidad Paris-Saclay, acaba de ser publicado en la revista
Nature Astronomy.
El agua es esencial para la vida tal como la conocemos. En la Tierra, la mayoría del agua de nuestros océanos se formó mucho antes del nacimiento del sistema solar, en las frías regiones del espacio interestelar (-250 °C). Sin embargo, una fracción de esta agua podría haber sido destruida y formada nuevamente a temperaturas más altas (100-500 °C) cuando el sistema solar era solo un disco de gas y polvo orbitando alrededor de nuestro joven sol.
Para entender este misterioso ciclo de desaparición y reaparición del agua, los astrónomos dirigieron el telescopio James Webb (JWST) hacia “d203-506”, un disco protoplanetario situado en la Nebulosa de Orión, un vivero de sistemas planetarios. La radiación ultravioleta intensa producida por estrellas masivas provoca la destrucción y reformación del agua en d203-506, convirtiéndolo en un verdadero laboratorio interestelar.
Pero, ¿cómo se puede evidenciar la formación y destrucción de moléculas situadas a más de mil años luz de la Tierra?
Fue una colaboración con expertos en dinámica cuántica, participando en la parte de modelado, lo que permitió superar el desafío.
Durante la destrucción del agua (H2O) por el ultravioleta, se libera una molécula de hidroxilo (OH) con un movimiento de rotación vertiginoso, seguido de la emisión de fotones en el infrarrojo medio que viajan hasta el JWST. En total, se estima que el equivalente a un océano terrestre se destruye cada mes en el joven sistema d203-506.
A la izquierda y en el centro: el joven disco d203-506 oculto en la Nebulosa de Orión visto por el JWST (créditos: PDRs4All).
A la derecha: Animación/Esquema ilustrando cómo la formación y destrucción del agua pudo ser revelada por las observaciones JWST (crédito: M.Zannese).
Pero la historia no termina aquí. Mediante un mecanismo similar de emisión de fotones en el infrarrojo cercano, el JWST nos revela que el hidroxilo se produce en abundancia a partir del oxígeno atómico por la reacción O+H2. Este, de hecho, es un intermediario clave en la formación del agua ya que posteriormente reacciona con H2 para formar agua a través de la reacción OH+H2. Se cierra así el ciclo de destrucción / formación. Una parte del agua que constituye nuestros océanos podría haber pasado por un ciclo similar.
Referencia:
El artículo titulado "OH as a probe of the warm water cycle in planet-forming disks" aparece en la revista Nature Astronomy, el 23 de febrero de 2024.
https://arxiv.org/abs/2312.14056
Fuente: Observatorio de París