El agua es un ingrediente esencial para la vida tal como la conocemos, pero sus orígenes en la Tierra, o en cualquier otro planeta, han sido un rompecabezas de larga data. ¿Se incorporó la mayor parte del agua de nuestro planeta en la Tierra primitiva cuando se fusionó con el material que orbitaba alrededor del sol joven? ¿O el agua fue traída a la superficie solo más tarde por los bombardeos de cometas y asteroides? ¿Y de dónde procedía originalmente esa agua?
Un estudio publicado el 7 de marzo en el periódico Naturaleza proporciona nueva evidencia para reforzar una teoría sobre los orígenes últimos del agua, es decir, que es anterior al sol y al sistema solar, formándose lentamente con el tiempo en vastas nubes de gas y polvo entre las estrellas.
“Ahora tenemos un vínculo claro en la evolución del agua. En realidad, parece ser heredado directamente, desde el frío medio interestelar antes de que se formara una estrella”, dice Juan Tobin
Los astrónomos han propuesto diferentes historias sobre los orígenes del agua en los sistemas solares. En el teoría de la nebulosa calientedice Tobin, el calor en un disco protoplanetario alrededor de una estrella natal descompondrá el agua y otras moléculas, que se forman de nuevo a medida que las cosas comienzan a enfriarse.
El problema con esa teoría, según Tobin, es que cuando el agua emerge a temperaturas relativamente cálidas en un disco protoplanetario, no se verá como el agua que se encuentra en los cometas y asteroides. Sabemos cómo se ven esas moléculas: las rocas espaciales, como los asteroides y los cometas, actúan como cápsulas del tiempo, preservando el estado de la materia en el sistema solar primitivo. Específicamente, el agua producida en el disco no tendría suficiente deuterio, el isótopo de hidrógeno que contiene un neutrón y un protón en su núcleo, en lugar de un solo protón como en el hidrógeno típico.
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Una alternativa a la teoría de la nebulosa caliente es que el agua se forma a temperaturas frías en la superficie de los granos de polvo en las vastas nubes del medio interestelar. Este enfriamiento profundo cambia la dinámica de la formación de agua, de modo que se incorpora más deuterio en lugar de los típicos átomos de hidrógeno en H2
“La superficie de los granos de polvo es el único lugar donde se pueden formar de manera eficiente grandes cantidades de agua con deuterio”, dice Tobin. “Las otras rutas de formación de agua con deuterio y gas simplemente no funcionan”.
Si bien esta explicación funcionó en teoría, el nuevo artículo es la primera vez que los científicos encuentran evidencia de que el agua del medio interestelar puede sobrevivir al intenso calor durante la formación de un disco protoplanetario.
Los investigadores utilizaron el Observatorio Europeo Austral Atacama Large Millimeter/submillimeter Arrayun radiotelescopio en Chile, para observar el disco protoplanetario alrededor de la joven estrella V883 Orionis, a unos 1.300 años luz de distancia de la Tierra en la constelación de Orión.
Los radiotelescopios como este pueden detectar la señal de las moléculas de agua en la fase gaseosa. Pero el polvo denso que se encuentra en los discos protoplanetarios muy cerca de las estrellas jóvenes a menudo convierte el agua en hielo, que se adhiere a los granos de formas que los telescopios no pueden observar.
Pero V883 de Orión no es una estrella joven típica: ha estado brillando más de lo normal debido al material del disco protoplanetario que cae sobre la estrella. Esta mayor intensidad calentó el hielo en los granos de polvo más lejos de lo habitual, lo que permitió a Tobin y sus colegas detectar la señal del agua enriquecida con deuterio en el disco.
“Es por eso que fue único poder observar este sistema en particular y obtener una confirmación directa de la composición del agua”, explica Tobin. “Esa firma de ese nivel de deuterio te da tu arma humeante”. Esto sugiere que los océanos y ríos de la Tierra son, a nivel molecular, más antiguos que el propio sol.
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“Obviamente querremos hacer esto para más sistemas para asegurarnos de que esto no fue solo una casualidad”, agrega Tobin. Es posible, por ejemplo, que la química del agua se altere de alguna manera más adelante en el desarrollo de planetas, cometas y asteroides, cuando chocan en un disco protoplanetario.
Pero como astrónomo que estudia la formación de estrellas, Tobin ya tiene en mente algunos candidatos de seguimiento. “Hay varios otros buenos candidatos que se encuentran en la región de formación estelar de Orión”, dice. “Solo necesitas encontrar algo que tenga un disco alrededor”.