V883 Ori es una protoestrella notable que cuenta con una temperatura lo suficientemente alta como para convertir el agua en su disco circunestelar en gas.
Este gas puede ser estudiado por radioastrónomos para rastrear los orígenes del agua.
Recientemente, las observaciones de ALMA han verificado que el agua en nuestro propio Sistema Solar puede tener la misma fuente que el agua que se encuentra en los discos que rodean a las protoestrellas en otras partes del Universo: el medio interestelar.
Imagen: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)
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 planetesimales en nuestro propio Sistema Solar.
Los científicos que estudian una protoestrella cercana han detectado la presencia de agua en su disco circunestelar.
Las nuevas observaciones realizadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ( ALMA ) marcan la primera detección de agua heredada en un disco protoplanetario sin cambios significativos en su composición.
Estos resultados sugieren además que el agua en nuestro Sistema Solar se formó miles de millones de años antes que el Sol. Las nuevas observaciones se publicaron el 8 de marzo en la revista Nature.
En la parte más externa del disco, el agua se congela en forma de hielo y, por lo tanto, no se puede detectar fácilmente.
Un estallido 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 normal, con un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno, y una versión más pesada donde un átomo de hidrógeno se reemplaza con deuterio, un isótopo pesado de hidrógeno.
Crédito: ESO/L.
Calçada
V883 Orionis es una protoestrella ubicada aproximadamente a 1.305 años luz de la Tierra en la constelación de Orión.
Las nuevas observaciones de esta protoestrella han ayudado a los científicos a encontrar un vínculo probable entre el agua del medio interestelar y el agua de nuestro Sistema Solar al confirmar que tienen una composición similar.
“Podemos pensar en el camino del agua a través del Universo como un rastro. Sabemos cómo se ven los puntos finales, que son el agua en los planetas y en los cometas, pero queríamos rastrear ese rastro hasta los orígenes del agua”, dijo John Tobin, astrónomo del Observatorio Nacional de Radioastronomía de la Fundación Nacional de Ciencias (NRAO ) . y el autor principal del nuevo artículo. “Antes, podíamos vincular la Tierra con los cometas y las protoestrellas con el medio interestelar, pero no podíamos vincular las protoestrellas con los cometas. V883 Ori ha cambiado eso y ha demostrado que las moléculas de agua en ese sistema y en nuestro Sistema Solar tienen una proporción similar de deuterio e hidrógeno”.
La observación de agua en los discos circunestelares alrededor de las protoestrellas es difícil porque en la mayoría de los sistemas el agua está presente en forma de hielo.
Cuando los científicos observan protoestrellas, buscan la línea de nieve del agua o la línea de hielo, que es el lugar donde el agua pasa de predominantemente de hielo a gas, que la radioastronomía puede observar en detalle.
“Si la línea de nieve está ubicada demasiado cerca de la estrella, no hay suficiente agua gaseosa para ser fácilmente detectable y el disco polvoriento puede bloquear gran parte de la emisión de agua. Pero si la línea de nieve se ubica más lejos de la estrella, hay suficiente agua gaseosa para ser detectable, y ese es el caso de V883 Ori”, dijo Tobin, quien agregó que el estado único de la protoestrella es lo que hizo posible este proyecto.
El disco de V883 Ori es bastante masivo y está lo suficientemente caliente como para que el agua en él se haya convertido de hielo en gas. Eso convierte a esta protoestrella en un objetivo ideal para estudiar el crecimiento y la evolución de los sistemas solares en longitudes de onda de radio.
“Esta observación destaca las magníficas capacidades del instrumento ALMA para ayudar a los astrónomos a estudiar algo de vital importancia para la vida en la Tierra: el agua”, dijo Joe Pesce, oficial de programa de la NSF para ALMA. “La comprensión de los procesos subyacentes importantes para nosotros en la Tierra, vistos en regiones más distantes de la galaxia, también beneficia nuestro conocimiento de cómo funciona la naturaleza en general y los procesos que tuvieron que ocurrir para que nuestro Sistema Solar se convirtiera en lo que conocemos. hoy.”
Para conectar el agua en el disco protoplanetario de V883 Ori con la de nuestro propio 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 en nuestro Sistema Solar se formó mucho antes de que se formaran el 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 Merel van ‘t’ Hoff, astrónomo de la Universidad de Michigan y coautor del artículo. “Esto es emocionante, ya que sugiere que otros sistemas planetarios también deberían haber recibido grandes cantidades de agua”.
Aclarar el papel del agua en el desarrollo de cometas y planetesimales es fundamental para comprender cómo se desarrolló nuestro propio 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 comparten una cosa crítica 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 las superficies de diminutos 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 Leemker, astrónoma de la Universidad de Leiden y coautora del artículo. “Hemos demostrado que el agua que se produce en las nubes sigue este rastro prácticamente sin cambios. Entonces, al mirar el agua en el disco V883 Ori, esencialmente miramos hacia atrás en el tiempo y vemos cómo se veía nuestro propio Sistema Solar cuando era mucho más joven”.
Tobin agregó: “Hasta ahora, la cadena de agua en el desarrollo de nuestro Sistema Solar estaba rota. V883 Ori es el eslabón perdido en este caso, y ahora tenemos una cadena ininterrumpida en el linaje del agua desde los cometas y las protoestrellas hasta el medio interestelar”.
Referencia: “Deuterium-enriched water ties planet-forming disks to comets and protostars” por John J. Tobin, Merel LR van ‘t Hoff, Margot Leemker, Ewine F. van Dishoeck, Teresa Paneque-Carreño, Kenji Furuya, Daniel Harsono, Magnus V. Persson, L. Ilsedore Cleeves, Patrick D. Sheehan y Lucas Cieza, 8 de marzo de 2023, Nature .
DOI: 10.1038/s41586-022-05676-z