Web detecta vapor de agua en el disco interno de un sistema protoplanetario

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El concepto de este artista retrata la estrella PDS 70 y su disco protoplanetario interno. Créditos: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)

El agua es esencial para la vida tal como la conocemos. Sin embargo, los científicos debaten cómo llegó a la Tierra y si los mismos procesos podrían sembrar exoplanetas rocosos que orbitan estrellas distantes. Nuevos conocimientos pueden provenir del sistema planetario PDS 70, ubicado a 370 años luz de distancia. La estrella alberga un disco interno y un disco exterior de gas y polvo, separados por una brecha de 8 mil millones de kilómetros, y dentro de esa brecha hay dos planetas gigantes gaseosos conocidos.

Nuevas mediciones realizadas por el MIRI (Instrumento de Infrarrojo Medio) del Telescopio Espacial James Webb de la NASA han detectado vapor de agua en el disco interno del sistema, a distancias de menos de 100 millones de millas (160 millones de kilómetros) de la estrella, la región donde pueden estar formándose planetas rocosos terrestres. (La Tierra orbita a 93 millones de millas de nuestro Sol). Esta es la primera detección de agua en la región terrestre de un disco que ya se sabe 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 medición 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 sondea la región donde normalmente se forman planetas rocosos similares a la Tierra», agregó el director de MPIA, Thomas Henning, coautor del artículo. Henning es co-investigador principal del MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb, que realizó la detección, y el investigador principal del programa MINDS (MIRI Mid-Infrared Disk Survey) que tomó los datos.

Un ambiente húmedo para formar planetas

PDS 70 es una estrella de tipo K, más fría que nuestro Sol, y se estima que tiene 5.400 millones de años. Esto es relativamente antiguo en términos de estrellas con discos de formación planetaria, lo que hizo sorprendente el descubrimiento del vapor de agua.

Con el tiempo, el contenido de gas y polvo de los discos de formación planetaria 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. Como estudios anteriores no detectaron agua en las regiones centrales de discos de edad similar, los astrónomos sospecharon que podría no sobrevivir a la dura radiación estelar, lo que llevó a un ambiente seco para la formación de planetas rocosos.

Los astrónomos aún no han detectado ningún planeta que se forme dentro del disco interno de PDS 70. Sin embargo, sí ven las materias primas para construir mundos rocosos en forma de silicatos. La detección de vapor de agua implica que si los planetas rocosos se están formando allí, tendrán agua disponible para ellos desde el principio.

«Encontramos una cantidad relativamente alta de pequeños granos 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.

Un espectro del disco protoplanetario de PDS 70, obtenido con el MIRI. Créditos: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)

¿Cuál es el origen del agua?

El descubrimiento plantea la cuestión de dónde vino el agua. El equipo de MINDS consideró dos escenarios diferentes para explicar su hallazgo.

Una posibilidad es que las moléculas de agua se estén formando en su lugar, donde las detectamos, a medida que los átomos de hidrógeno y oxígeno se combinan. Una segunda posibilidad es que las partículas de polvo recubiertas de hielo se transporten desde el disco exterior frío al disco interno 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 cruzar la gran brecha tallada por los dos planetas gigantes.

Otra pregunta planteada por el descubrimiento es cómo el agua podría sobrevivir tan cerca de la estrella, cuando la luz ultravioleta de la estrella debería romper cualquier molécula de agua. Lo más probable es que el material circundante, como el polvo y otras moléculas de agua, sirva como escudo protector. Como resultado, el agua detectada en el disco interno de PDS 70 podría sobrevivir a la destrucción.

En última instancia, el equipo utilizará dos instrumentos más 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.

Paco Gil
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