Nuevo vínculo entre el agua y la formación de planetas

Se ha detectado vapor de agua en el disco de gas y partículas sólidas que rodea una estrella joven exactamente en la zona en la que pueden estar formándose planetas. El agua es un ingrediente clave para la vida en la Tierra, y también se cree que desempeña un papel importante en la formación planetaria. Sin embargo, hasta ahora, nunca se había podido cartografiar cómo se distribuye el agua en un disco estable y frío (el tipo de disco que ofrece las condiciones más favorables para que se formen planetas alrededor de las estrellas).

Los nuevos hallazgos han sido posibles gracias al ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), del que el Observatorio Europeo Austral (ESO) es socio.

"Nunca imaginé que podríamos captar una imagen de océanos de vapor de agua en la misma región donde probablemente se está formando un planeta", declara Stefano Facchini, astrónomo de la Universidad de Milán (Italia), que ha dirigido este estudio. En el disco interior de la joven estrella HL Tauri, similar al Sol y ubicada a 450 años-luz de distancia de la Tierra (en la constelación de Tauro), las observaciones han revelado la presencia de al menos tres veces más agua que en todos los océanos de la Tierra.

"Es realmente impactante que no solo podamos detectar, sino también captar imágenes detalladas y resolver espacialmente el vapor de agua a una distancia de 450 años-luz de nosotros", agrega el coautor Leonardo Testi, astrónomo de la Universidad de Bolonia (Italia). Las observaciones "resueltas espacialmente" con el ALMA permiten a la comunidad astronómica determinar la distribución del agua en diferentes regiones del disco.

"Participar en un descubrimiento tan importante en el icónico disco de HL Tauri ha ido más allá de lo que esperaba de mi primera experiencia investigadora en astronomía", agrega Mathieu Vander Donckt, de la Universidad de Lieja (Bélgica), quien era estudiante de máster cuando participó en la investigación.

La comunidad astronómica sabe que hay una brecha en el disco de HL Tauri y ahí es donde se detectó una cantidad significativa de agua. Estos huecos con forma de anillo observados en discos ricos en gas y polvo los crean cuerpos jóvenes a medida que acumulan material y crecen hacia el estadio de planeta. "Nuestras imágenes recientes revelan una cantidad sustancial de vapor de agua a un rango de distancias de la estrella que incluye una brecha en la que actualmente podría estar formándose un planeta", declara Facchini. Esto sugiere que dicho vapor de agua podría afectar a la composición química de los planetas que se formen en esas regiones.

Se ha detectado vapor de agua en el disco que rodea a una estrella joven exactamente en la zona en la que pueden estar formándose planetas. En esta imagen, las nuevas observaciones obtenidas con el ALMA muestran el vapor de agua en tonos azules. Cerca del centro del disco, donde se encuentra la joven estrella, el ambiente es más caliente y el gas más brillante. Los anillos de color rojo son observaciones previas de ALMA que muestran la distribución del polvo alrededor de la estrella. (Imagen: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / S. Facchini et al. CC BY 4.0)

Observar el agua con un telescopio terrestre no es tarea fácil, ya que el abundante vapor de agua presente en la atmósfera de la Tierra degrada las señales astronómicas. ALMA, operado por el ESO junto con sus socios internacionales, es un conjunto de radiotelescopios ubicado en el desierto chileno de Atacama, a unos 5000 metros de altitud, que fue construido en un ambiente alto y seco precisamente para minimizar esta degradación, proporcionando condiciones de observación excepcionales. "Hasta la fecha, ALMA es la única instalación capaz de resolver espacialmente el agua en un disco frío de formación planetaria", afirma el coautor Wouter Vlemmings, profesor de la Universidad Tecnológica de Chalmers, en Suecia.

Las nuevas observaciones utilizaron los receptores de Banda 5 y Banda 7 instalados en el ALMA. La Banda 5 y la 7 son desarrollos europeos llevados a cabo por Chalmers/NOVA (Escuela de Investigación en Astronomía de los Países Bajos) e IRAM (Instituto de Radioastronomía Milimétrica), respectivamente, con la participación del ESO. La Banda 5 amplió las capacidades del ALMA a un nuevo rango de frecuencias específicas con el fin de detectar y obtener imágenes de agua en el universo local. En este estudio, el equipo observó tres líneas espectrales de agua en los rangos de frecuencia de los dos receptores para cartografiar el gas a diferentes temperaturas dentro del disco.

"Es realmente emocionante presenciar directamente, en una imagen, cómo se liberan las moléculas de agua de las partículas de polvo helado", explica Elizabeth Humphreys, astrónoma del ESO que también ha participado en el estudio. Los granos de polvo que forman un disco son las semillas de la formación de planetas. Estos colisionan y se agrupan en cuerpos cada vez más grandes que orbitan alrededor de la estrella. La comunidad astronómica cree que donde la temperatura es lo suficientemente baja como para que el agua se congele y forme partículas de polvo, los objetos se unen de manera más eficiente (un entorno ideal para la formación de planetas). "Nuestros resultados muestran cómo la presencia de agua puede influir en el desarrollo de un sistema planetario, tal como lo hizo hace unos 4.500 millones de años en nuestro propio sistema solar", añade Facchini.

Con las actualizaciones que se están llevando a cabo en el ALMA y el ELT (Extremely Large Telescope) del ESO, que entrarán en funcionamiento en esta década, conoceremos con mucho mayor detalle tanto el proceso de formación de planetas como el papel que desempeña el agua en el mismo. En particular, METIS, el espectrógrafo y generador de imágenes en el infrarrojo medio para el ELT, brindará a la comunidad astronómica vistas inigualables de las regiones internas de los discos de formación planetaria, donde se forman planetas como la Tierra.

Este estudio se titula “Resolved ALMA observations of water in the inner astronomical units of the HL Tau disk”. Y se ha publicado en la revista académica Nature Astronomy. (Fuente: ESO. CC BY 4.0)