Nota de prensa

Un equipo de astrónomos revela un nuevo vínculo entre el agua y la formación de planetas

29 de Febrero de 2024

Un equipo de investigadores e investigadoras ha detectado vapor de agua en el disco 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 mapear 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 Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), 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 publicado en la revista Nature Astronomy. 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 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 similares a planetas a medida que acumulan material y crecen. "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 este vapor de agua podría afectar a la composición química de los planetas que se formen en esas regiones.

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 ESO junto con sus socios internacionales, es un conjunto de telescopios 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 [1].

"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 de 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 ALMA y el Extremely Large Telescope (ELT) de 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.

Notas

[1] Las nuevas observaciones utilizaron los receptores de Banda 5 y Banda 7 instalados en ALMA. Las 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 de ESO. La Banda 5 amplió las capacidades de 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 mapear el gas a diferentes temperaturas dentro del disco.

Información adicional

Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo titulado “Resolved ALMA observations of water in the inner astronomical units of the HL Tau disk”, que aparece en la revista Nature Astronomy (doi:10.1038/s41550-024-02207-w).

El equipo está formado por S. Facchini (Departamento de Física, Universidad de Estudios de Milán, Italia); L. Testi (Departamento de Física y Astronomía “Augusto Righi”, Universidad de Bolonia, Italia); E. Humphreys (Observatorio Europeo Austral, Alemania, Observatorio Conjunto ALMA, Chile; Observatorio Europeo Austral, Vitacura, Chile); M. Vander Donckt (Instituto de Investigación en Astrofísica, Ciencias y Tecnologías Espaciales (STAR), Universidad de Lieja, Bélgica); A. Isella (Departamento de Física y Astronomía, Universidad Rice, EE.UU. [Rice]); R. Wrzosek (Rice); A. Baudry (Laboratorio de Astrofísica de Burdeos, Univ. de Burdeos, CNRS, Francia); M. D. Gray (Instituto Nacional de Investigación en Astrofísica de Tailandia, Tailandia); A. M. S. Richards (JBCA, Universidad de Manchester, Reino Unido); W. Vlemmings (Departamento de Espacio, Tierra y Medio Ambiente, Universidad Chalmers de Tecnología, Suecia).

El conjunto ALMA, (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) es una instalación astronómica internacional fruto de la colaboración entre ESO, la Fundación Nacional para la Ciencia de EE.UU. (NSF, National Science Foundation) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS, National Institutes of Natural Sciences) en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus países miembros; por la NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC, National Research Council) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (NSTC, National Science and Technology Council) de Taiwán, y por el NINS, en cooperación con la Academia Sínica (AS) de Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI, Korea Astronomy and Space Science Institute). La construcción y operaciones de ALMA están lideradas por ESO en nombre de sus países miembros; por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO, National Radio Astronomy Observatory), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de América del Norte; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ, National Astronomical Observatory of Japan) en representación de Asia Oriental. El Observatorio Conjunto ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como de la gestión de la construcción, puesta a punto y operaciones de ALMA.

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