15 May Webb: hielo de agua en el disco protoplanetario de otra estrella

El telescopio James Webb ha confirmado, por primera vez, la presencia de hielo de agua en el disco protoplanetario en torno a otra estrella, abriendo nuevas vías para estudiar la formación de sistemas planetarios.

¿Está dispersa el agua congelada en sistemas alrededor de otras estrellas? Los astrónomos siempre lo han sospechado, en parte por detecciones previas de su forma gaseosa, el vapor de agua, y por su presencia en nuestro propio sistema solar.

Sin embargo, hasta ahora no se había confirmado la existencia de hielo de agua en el disco protoplanetario de otra estrella con datos concluyentes.

Confirmación de hielo de agua en otro sistema estelar

Los investigadores han confirmado la presencia de hielo de agua en el disco protoplanetario que orbita una estrella parecida al Sol a 155 años luz de distancia, utilizando datos espectrales detallados del Telescopio Espacial James Webb.

El término «hielo de agua» especifica su composición, ya que en el espacio también se observan muchas otras moléculas congeladas, como el dióxido de carbono, o «hielo seco». En 2008, datos del ya retirado Telescopio Espacial Spitzer apuntaron a la posibilidad de agua congelada en este sistema.

«Webb detectó de forma inequívoca no solo hielo de agua en el disco protoplanetario, sino hielo de agua cristalina, que también se encuentra en lugares como los anillos de Saturno y los cuerpos helados del cinturón de Kuiper en nuestro sistema solar», dice Chen Xie, autor principal del nuevo artículo y científico asistente de investigación en la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland.

El agua congelada detectada por el telescopio Webb está asociada a finas partículas de polvo en todo el disco, como pequeñas «bolas de nieve sucias». Los astrónomos han esperado durante décadas estos datos concluyentes.

«Cuando era estudiante de posgrado hace 25 años, mi asesor me dijo que debería haber hielo en los discos, pero antes de Webb no teníamos instrumentos lo suficientemente sensibles para hacer estas observaciones», dice Christine Chen, coautora y astrónoma asociada en el Space Telescope Science Institute de Baltimore. «Lo más llamativo es que estos datos se parecen a las observaciones recientes del telescopio sobre objetos del cinturón de Kuiper en nuestro propio sistema solar».

El hielo de agua en el disco protoplanetario es un ingrediente vital, influyendo fuertemente en la formación de planetas gigantes y también puede ser entregado por cuerpos menores como cometas y asteroides a planetas rocosos ya formados.

Ahora que los investigadores han detectado hielo de agua en el disco protoplanetario de otra estrella con Webb, se ha abierto la puerta para que toda la comunidad científica estudie estos procesos de nuevas maneras en muchos otros sistemas planetarios.

Rocas, polvo y hielo girando a gran velocidad

La estrella, catalogada como HD 181327, es significativamente más joven que nuestro Sol. Se estima que tiene 23 millones de años, frente al Sol, una estrella más madura con 4.600 millones de años.

Es también ligeramente más masiva y más caliente, lo que llevó a la formación de un sistema algo mayor a su alrededor. Las observaciones del Webb confirman un vacío significativo entre la estrella y el anillo más externo de su disco, que conforma una amplia zona libre de polvo.

Más lejos, este disco es similar al cinturón de Kuiper de nuestro sistema solar. En él se encuentran, y a veces colisionan entre sí, planetas enanos, cometas y otros fragmentos de hielo y roca.

Hace miles de millones de años, nuestro cinturón de Kuiper probablemente se parecía a este disco exterior.

«HD 181327 es un sistema muy activo», dice Chen. «Hay colisiones regulares y continuas en su disco. Cuando esos cuerpos helados colisionan, liberan pequeñas partículas de hielo de agua en el disco protoplanetario, del tamaño perfecto para que Webb las detecte».

Una distribución irregular

El hielo de agua en el disco protoplanetario de este sistema estelar no está distribuido de manera uniforme. La mayor parte se encuentra en las zonas más frías y lejanas de la estrella.

«La región exterior del disco protoplanetario contiene más del 20% de todo el hielo de agua», explica Xie.

Cuanto más cerca de la estrella miraban los investigadores, menos hielo encontraban. Webb detectó alrededor de un 8% de hielo de agua en el disco protoplanetario hacia su parte media.

Aquí, probablemente, las partículas de agua congelada se producen ligeramente más rápido de lo que se destruyen. Sin embargo, en la zona del disco más próxima a la estrella, Webb no detectó prácticamente nada.

Es probable que la luz ultravioleta de la estrella vaporice las partículas más cercanas de hielo. También es posible que las rocas conocidas como planetesimales hayan «encerrado» el agua congelada en sus interiores, lo cual Webb no puede detectar.

Este equipo y muchos otros investigadores continuarán buscando y estudiando el hielo de agua en el disco protoplanetario de esta estrella. Pero también buscarán en otros sistemas planetarios en formación en toda la galaxia.

«La presencia de hielo de agua en el disco protoplanetario facilita la formación de planetas», dice Xie. «Los materiales helados también pueden ser finalmente ‘entregados’ a planetas terrestres que podrían formarse en unos cientos de millones de años en sistemas como este».

Los investigadores observaron HD 181327 con el NIRSpec (Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano) de Webb. Este instrumento es extremadamente sensible a partículas de polvo muy débiles que solo pueden detectarse desde el espacio.

Fuente: Another First: NASA Webb Identifies Frozen Water in Young Star System