La estrella de ‘Ricitos de oro’ revela un paso oculto en cómo el agua llega a planetas como la Tierra

Sin agua, la vida no podría existir en la Tierra como lo es hoy. Comprender la historia del agua en el universo es crucial para comprender cómo surgieron planetas como la Tierra.

Los astrónomos comúnmente se refieren al viaje que hace el agua desde su formación como partículas individuales en el espacio hasta su lugar de descanso en las superficies planetarias como el «Sendero del Agua». El camino comienza en el medio interestelar con hidrógeno y oxígeno gaseoso y termina con los océanos y los casquetes polares de los planetas, con lunas heladas que orbitan alrededor de gigantes gaseosos y cometas de hielo y asteroides que orbitan alrededor de las estrellas. Es fácil ver los comienzos y los finales de este camino, pero el medio sigue siendo un misterio.

soy un astrónomo que estudia la formación de estrellas y planetas utilizando observaciones de telescopios de radio e infrarrojos. En un nuevo artículo, mis colegas y yo describimos Primeras mediciones de la historia De esta sección media previamente oculta del camino del agua y lo que significan estos hallazgos para el agua que se encuentra en planetas como la Tierra.

como se forman los planetas

La formación de estrellas y planetas está entrelazada. De hecho, contiene el llamado «vacío del espacio» – o el medio interestelar grandes cantidades de hidrógeno gaseosoy cantidades más pequeñas de otros gases y granos de polvo. Debido a la gravedad, algunos se convertirán en bolsas en el medio interestelar. Más intenso a medida que las partículas se atraen entre sí. Se forman nubes. A medida que estas nubes se vuelven más densas, los átomos comienzan a chocar con más y más frecuencia. formar partículas más grandesincluida el agua que se forma En los granos de polvo el polvo se cubre con hielo.

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Las estrellas comienzan a formarse cuando partes de la nube que colapsa alcanzan cierta densidad y se calientan lo suficiente como para comenzar a fusionar átomos de hidrógeno. Dado que solo una pequeña parte del gas colapsa inicialmente en la protoestrella recién nacida, el resto del gas y el polvo Forma un disco plano de material. Gira alrededor de la estrella recién nacida. Los astrónomos llaman a este disco protoplanetario.

Cuando las partículas de polvo helado chocan entre sí dentro de un disco protoplanetario, Empiezan a agruparse. El proceso continúa y eventualmente forma objetos familiares en el espacio como asteroides y cometas, planetas rocosos como la Tierra y gigantes gaseosos como Júpiter o Saturno.

Dos teorías para la fuente del agua.

Hay dos caminos posibles que el agua podría tomar en nuestro sistema solar. El primero se llama genética químicaes cuando las moléculas de agua formadas originalmente en el medio interestelar son entregadas a los discos protoplanetarios y todos los cuerpos que los crean sin sufrir ningún cambio.

La segunda teoría se llama reinicio químico. En este proceso, el calor de la formación del disco protoplanetario y la estrella naciente fragmenta las moléculas de agua, que luego se reforman una vez que el disco protoplanetario se ha enfriado.

Para probar estas teorías, los astrónomos como yo observamos la relación entre el agua ordinaria y un tipo especial de agua llamada agua semipesada. El agua generalmente consta de dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. El agua semipesada consta de un átomo de oxígeno, un átomo de hidrógeno y un átomo de deuterio, un isótopo más pesado que el hidrógeno con un neutrón extra en su núcleo.

La proporción de agua semipesada a normal es una luz de guía en el camino del agua: una medida de la proporción puede decirles mucho a los astrónomos sobre el origen del agua. modelos químicos Y experimentos mostró que se produciría unas 1.000 veces más agua semipesada en el medio interestelar frío que en las condiciones de un disco protoplanetario.

Esta diferencia significa que al medir la proporción de agua semipesada a agua normal en un lugar, los astrónomos pueden saber si el agua ha pasado por una vía de herencia química o una vía de reinicio químico.

Medición del agua durante la formación de planetas

Los cometas tienen una proporción de agua semipesada a agua normal que está casi exactamente en línea con genética química, lo que significa que el agua no ha sufrido un cambio químico importante desde que se creó por primera vez en el espacio. La proporción de la tierra está en algún lugar entre la proporción de herencia y la proporción de reinicio, por lo que no está claro de dónde vino el agua.

Para determinar verdaderamente la fuente del agua en los planetas, los astrónomos necesitaban encontrar un disco Goldilocks protoplanetario, uno con la temperatura y el tamaño adecuados para permitir la observación del agua. Para hacer eso Resultó muy difícil. Es posible detectar agua semipesada y normal cuando el agua es un gas; Desafortunadamente para los astrónomos, la gran mayoría de los discos de protozoos son muy fríos y Contiene principalmente nieve.que es aproximadamente Es imposible medir las proporciones de agua. de hielo en los espacios interestelares.

Un gran avance se produjo en 2016, cuando mis colegas y yo estábamos estudiando discos protoplanetarios alrededor de un tipo raro de estrella joven llamada estrellas FU Orionis. La mayoría de las estrellas jóvenes consumen materia de los discos protoplanetarios que las rodean. Las estrellas FU Orionis son únicas porque consumen materia unas 100 veces más rápido que las estrellas jóvenes típicas y, como resultado, Emiten cientos de veces más energía.. Debido a esta mayor producción de energía, los discos protoplanetarios alrededor de las estrellas FU Orionis se calientan a temperaturas mucho más altas, convirtiendo el hielo en vapor de agua a grandes distancias de la estrella.

usando El grupo de Atacama mide milímetro/metroun poderoso radiotelescopio en el norte de Chile, Nos dimos cuenta Un gran disco protoplanetario cálido alrededor de la joven estrella similar al Sol V883 Ori, a unos 1.300 años luz de la Tierra en la constelación de Orión.

V883 Ori emite 200 veces más energía que el sol, y mis colegas y yo nos dimos cuenta de que era un candidato ideal para observar la proporción de agua semipesada a agua normal.

Completar el curso de agua

En 2021, las mediciones de Atacama Large Millimeter/Millimeter Array del V883 Uri tardaron seis horas. Los datos revelaron un Fuerte impronta para aguas semipesadas y normales Procedente del disco protoplanetario de V883 Ori. Medimos la proporción de agua semipesada a agua regular y encontramos que la proporción era muy alta Similar a las proporciones que se encuentran en los cometas. Así como las proporciones existentes en sistemas de protoestrellas más jóvenes.

Estos hallazgos llenan la brecha en la vía del agua que forma un vínculo directo entre el agua en el medio interestelar, las protoestrellas, los discos protoplanetarios y planetas como la Tierra a través de un proceso de herencia, no de reasignación química.

Los nuevos hallazgos muestran de manera concluyente que gran parte del agua en la Tierra probablemente se formó hace miles de millones de años, antes de que el sol se incendiara. La confirmación de esta parte faltante del camino del agua a través del universo proporciona pistas sobre los orígenes del agua en la Tierra. Los científicos sugirieron previamente que la mayor parte del agua en la Tierra Provino de cometas que impactaron en el planeta.. El hecho de que la Tierra tenga menos agua semipesada que los cometas y V883 Ori, pero que la teoría del reinicio químico puede producir más, significa que el agua en la Tierra probablemente provenga de más de una fuente.