Un asombroso descubrimiento revela el origen del agua en nuestro sistema solar 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 de agua en el disco que se forma alrededor de la protoestrella V883 Ori han revelado pistas sobre la formación de cometas y planetas menores en nuestro sistema solar.

Los científicos que estudian una protoestrella cercana han detectado agua en su disco circunferencial. Las nuevas observaciones realizadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) representan la primera detección de agua heredable en un disco protoplanetario sin cambios significativos en su composición. Estos hallazgos también indican que el agua en nuestro sistema solar se formó miles de millones de años antes que el sol. Las nuevas observaciones fueron publicadas 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. El agua en el exterior del disco está congelada como hielo y, por lo tanto, no es fácilmente detectable. Una explosión 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 detectarla.
La imagen insertada muestra los dos tipos de moléculas de agua estudiadas en este disco: agua simple, con un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno, y una versión más pesada donde el átomo de hidrógeno es reemplazado por deuterio, un isótopo pesado de hidrógeno.
Crédito: ESO/L. Calzada

V883 Orionis es una protoestrella ubicada a unos 1.305 años luz de la Tierra en la constelación de Orión. Nuevas observaciones de esta protoestrella han ayudado a los científicos a encontrar un posible vínculo 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 que el agua del disco que la rodea se haya convertido en gas, lo que permite a los radioastrónomos rastrear los orígenes del agua. Nuevas observaciones utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) proporcionaron 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. Crédito: 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 puntos finales, que son el agua en los planetas y los cometas, pero queríamos rastrear ese camino hasta los orígenes del agua», dijo el autor principal del nuevo papel.” Antes de ahora, podíamos asociar la Tierra con los cometas y las protoestrellas con el medio interestelar, pero no podíamos asociar las protoestrellas con los cometas. V883 Ori ha cambiado eso, demostrando que las moléculas de agua en este sistema y en nuestro sistema solar tienen una proporción similar de deuterio e hidrógeno. «

Usar[{» 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 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 unidades desde la estrella; Esto es 80 veces la distancia entre la Tierra y el Sol, como se muestra en esta animación. Pero la temperatura en V883 Ori es lo suficientemente alta como para que gran parte del hielo en su disco se haya convertido en gas, lo que hace posible que los radioastrónomos estudien esa agua en detalle. Nuevas observaciones utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) revelan 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 indica que el agua en nuestro sistema solar se formó miles de millones de años antes que el sol en el medio interestelar. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, P. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

«Esta observación destaca las notables capacidades del instrumento ALMA para ayudar a los astrónomos a estudiar algo tan importante para la vida en la Tierra: el agua», dijo Joe Pesci, oficial de programa de la Fundación Nacional de Ciencias en ALMA. «Comprender los procesos fundamentales que son importantes para nosotros en la Tierra, y que se ven mucho más allá de la galaxia, también informa nuestro conocimiento de cómo funciona la naturaleza en general, y de los procesos que deben ocurrir para que nuestro sistema solar evolucione hacia lo que conocemos. hoy.»

Para conectar el agua en el disco protoplanetario de V883 Ori con la de nuestro sistema solar, el equipo midió su composición utilizando los receptores altamente sensibles de Banda 5 (1,6 mm) y Banda 6 (1,3 mm) de ALMA y descubrió que permanece relativamente sin cambios entre cada etapa. de formación del sistema solar: protoestrella, disco protoplanetario y cometas. Esto significa que el agua de nuestro sistema solar se formó mucho antes de la formación del 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 Merrill van te Hoff, astrónomo de la Universidad de Michigan y uno de los autores del artículo. «Esto es emocionante porque indica que otros sistemas planetarios también deben haber recibido cantidades significativas de agua».

Mientras buscaban los orígenes del agua en nuestro sistema solar, los científicos se han decidido por 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 que el agua que contiene haya pasado de ser hielo a 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 la presencia de agua (naranja), una raya de polvo (verde) y gas molecular (azul), lo que indica que el agua de esta protoestrella es muy similar al agua de los objetos de nuestro sistema solar, y puede tener el mismos orígenes. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Esclarecer el papel del agua en el desarrollo de cometas y planetas menores es fundamental para comprender cómo evolucionó 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 tienen una cosa importante 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 termina 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 Lemker, astrónoma de la Universidad de Leiden y coautora del artículo. «Hemos demostrado que el agua que se produce en las nubes sigue este camino casi sin cambios. Entonces, al mirar el agua en el disco de V883 Ori, estamos mirando hacia atrás en el tiempo y viendo cómo era nuestro sistema solar cuando era mucho más joven». .”

V883 Orionis es una protoestrella ubicada a unos 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 se ha estancado en el desarrollo de nuestro sistema solar. V883 Ori es el eslabón perdido en este caso, y ahora tenemos una cadena ininterrumpida en la cadena 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 más antigua que nuestro sol.

Referencia: «El agua enriquecida con deuterio une los discos formadores de planetas a los cometas y las protoestrellas» por John J. Tobin, Merrill L.R. Van Hove, Margot Lemker, Ewen F. Van Dishoek, Teresa Paneki-Carino, Kenji Furuya, Daniel Harsono, Magnus F Pearson, Elzidor Cleaves, Patrick D. Sheehan y Lucas Siza, 8 de marzo de 2023, disponible aquí. naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-022-05676-z