Sorprendente descubrimiento sugiere que el agua en nuestro sistema solar puede haberse formado miles de millones de años antes que el sol

V883 Ori es una protoestrella notable que cuenta con temperaturas lo suficientemente altas como para convertir el agua en su disco estelar circundante en gas. Este gas puede ser estudiado por radioastrónomos para determinar el origen del agua. Observaciones recientes de ALMA han confirmado que el agua en nuestro 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. Crédito: 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 en formación alrededor de la protoestrella V883 Ori han revelado pistas sobre la formación de cometas y planetas en nuestro Sistema Solar.

Los científicos que estudian una protoestrella cercana han descubierto la presencia de agua en el disco estelar que la rodea. 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 también muestran 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. En la periferia del disco, el agua se congela y se convierte en hielo, por lo que no se puede detectar fácilmente. Un estallido de energía de la estrella calienta el disco interno a la temperatura donde el agua es gaseosa, lo que permite a los astrónomos detectarlo.
La imagen insertada muestra los dos tipos de moléculas de agua estudiadas en este disco: agua ordinaria con un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno, y una versión más pesada en la que un átomo de hidrógeno se reemplaza por deuterio, un isótopo pesado de hidrógeno.
Crédito: ESO/L. calzada:

V883 Orionis es una protoestrella ubicada aproximadamente a 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 propio Sistema Solar, lo que confirma que tienen composiciones similares.

V883 Ori es una protoestrella única cuya temperatura es tan alta que el agua del disco estelar que la rodea se ha convertido en gas, lo que permite a los radioastrónomos rastrear el origen del agua. Nuevas observaciones con el Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) han brindado la primera confirmación de que el agua en nuestro Sistema Solar puede haberse originado en el 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 considerar el camino del agua que pasa por el espacio como un camino. Sabemos cómo se ven los puntos finales, que es agua en planetas y cometas, pero queríamos rastrear eso hasta los orígenes del agua», dijo John Tobin, astrónomo del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) de la Fundación Nacional de Ciencias. y 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 cambió eso y demostró que las moléculas de agua en ese sistema y nuestro propio Sistema Solar tienen una proporción similar de deuterio a hidrógeno».

Usando[{» 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 circunestelares que rodean a las protoestrellas es una forma de hielo, que a veces se extiende a grandes distancias de la estrella. En el caso de V883 Ori, la línea de nieve se extiende 80 au desde la estrella. eso es 80 veces la distancia entre la Tierra y el Sol, como se muestra en esta animación. Pero la temperatura de V883 Ori es lo suficientemente alta como para que la mayor parte del hielo en su disco se haya convertido en gas, lo que permite a los radioastrónomos estudiar esta agua en detalle. Nuevas observaciones con el Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) han demostrado que el agua en el disco de V883 Ori tiene la misma composición básica que el agua en los objetos de nuestro propio Sistema Solar. Esto sugiere que el agua de 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, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

«Esta observación destaca las asombrosas capacidades del instrumento ALMA para ayudar a los astrónomos a estudiar algo vital para la vida en la Tierra: el agua», dijo Joe Pesce, gerente del programa NSF de ALMA. “Comprender los procesos subyacentes importantes para nosotros en la Tierra que se ven en las regiones más distantes de la galaxia también beneficia nuestra comprensión de cómo funciona la naturaleza en general y los procesos que tuvieron que suceder para que nuestro Sistema Solar se convirtiera en lo que es. sabemos hoy.»

Para conectar el agua en el disco protoplanetario de V883 Ori con el disco en 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 constante entre cada fase. 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», dice Merrell van ‘t Hoff, astrónomo de la Universidad de Michigan y coautor del artículo. «Esto es emocionante porque sugiere que otros sistemas planetarios también deben haber recibido grandes cantidades de agua».

Mientras buscaban los orígenes del agua en nuestro Sistema Solar, los científicos se decidieron 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 se haya convertido de hielo en gas, lo que permite a los científicos estudiar su composición utilizando radiotelescopios como el Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array. ALMA). Las observaciones de radio de la protoestrella revelaron agua (naranja), un continuo de polvo (verde) y gas molecular (azul), lo que sugiere que el agua en esta protoestrella es extremadamente similar al agua en los objetos de nuestro propio Sistema Solar y puede tener un origen similar; Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Es importante dilucidar el papel del agua en el desarrollo de cometas y planetesimales 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. A medida que estas nubes colapsan por su propia gravedad y forman estrellas jóvenes, el agua se libera en los discos que las rodean. Eventualmente, los discos evolucionan y los granos de polvo helado se solidifican para formar un nuevo Sistema Solar con planetas y cometas», dice Margot Limker, 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 Ori V883, esencialmente 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 aproximadamente a 1.305 años luz de la Tierra en la constelación de Orión. Crédito: ESO/IAU y Sky & Telescope

Tobin agregó: “Hasta ahora, la cadena de agua del desarrollo de nuestro sistema solar se ha roto. V883 Ori es el eslabón perdido en este caso, y ahora tenemos una cadena ininterrumpida desde cometas y protoestrellas hasta el medio interestelar en el linaje del agua”.

Para obtener más información sobre este descubrimiento, consulte El agua en la Tierra es incluso más antigua que nuestro sol.

Referencia. «El agua enriquecida con deuterio une los discos formadores de planetas a los cometas y protoestrellas», John J. Magnus V. persona, l. Ilsedore Cleaves, Patrick D. Sheehan y Lucas Ciesza 8 de marzo de 2023 Naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-022-05676-z