El eslabón perdido del agua en el sistema solar

¿Se han planteado alguna vez de dónde procede el agua del sistema solar? Dicho de otro modo, ¿qué edad tiene el agua que bebemos? ¿Puede que sea más antigua que el propio sistema solar? La respuesta puede estar en la estrella V883 Orionis, concretamente en el gas que conforma el disco de formación planetaria que la rodea. Esta estructura ha sido analizada por un grupo de científicos mediante el interferómetro ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) y ha visto una firma química de agua contenida en ese disco que podría representar el eslabón perdido que explicaría el viaje de las moléculas de agua desde las nubes de formación estelar hasta los planetas.

John Tobin, astrónomo del Observatorio Nacional de Radioastronomía en Estados Unidos y autor principal del artículo que expone la investigación (Tobin, 2023), expone que «ahora podemos rastrear los orígenes del agua de nuestro Sistema Solar incluso antes de que se formara el Sol», por lo que parte del agua de nuestro planeta podría ser incluso más antigua que el propio sistema solar. El descubrimiento llegó al analizar la composición del agua en el disco de la mencionada estrella, situada a unos 1300 años luz de distancia en dirección a la constelación de Orión.

Agua más pesada de lo normal

El equipo liderado por Tobin estudió una versión más pesada del agua. Partimos de la base que una molécula típica de agua está formada por un átomo de oxígeno acompañado por dos de hidrógeno. Sin embargo, en la que analizaron uno de los átomos de hidrógeno es sustituido por uno isótopo de este elemento, el deuterio, formado por un protón, un neutrón y un electrón. Por lo tanto, ese neutrón de más con respecto al agua típica le confiere una masa mayor. En cifras, un átomo de agua típico tiene 8 neutrones y 8 protones del oxígeno más 2 protones procedentes de sus átomos de agua. Es decir una masa, digamos de 18 (ignorando la masa de los electrones). Por otro lado, este agua más pesada tendría una masa de 19 debida al neutrón del deuterio. Esto es, una molécula un 5,56% más masiva que la de agua típica.

Ahora bien, para que se formen estas moléculas de agua se requiere de unas condiciones ligeramente distintas. De este modo, la proporción entre agua «normal» y agua pesada, se puede usar para rastrear dónde se formó. Un ejemplo es la demostración de que la proporción presente en los cometas del sistema solar es similar a la que existe en la Tierra lo que apunta a que los cometas podrían haber participado de una forma muy importante en haber proporcionado agua a nuestro planeta.

El eslabón perdido del agua

Por lo tanto, el enlace que proporcionaban los cometas con respecto al agua de la Tierra estaba claro. Lo que faltaba era el eslabón perdido entre las nubes de formación planetaria en estrellas jóvenes y los cometas. «V883 Orionis representa el eslabón perdido», declara Tobin. De hecho, la proporción entre los dos tipos de agua en esa nube es muy similar a la que presentan los cometas del sistema solar y, por lo tanto, similar a la de nuestro planeta. «Se trata de una confirmación de la idea de que el agua de los sistemas planetarios se formó hace miles de millones de años, quizás antes que el Sol, en el espacio interestelar, y ha sido heredada, tanto por los cometas como por la Tierra, con cambios relativamente escasos», añade Tobin.

No es sencillo analizar el agua

Dicho así, parece sencillo observar los dos tipos de agua en la nube protoplanetaria de V883 Orionis. No es así. «La mayor parte del agua presente en los discos de formación planetaria está congelada como hielo, por lo que generalmente está oculta a nuestra vista«, explica Margot Leemker, estudiante de doctorado en el Observatorio de Leiden (Países Bajos) y coautura del artículo. Resulta mucho más sencillo detectar el agua en forma de gas gracias a la radiación emitida por las moléculas ya que tienen una libertad de movimiento mayor que si están en estado sólido. Por lo tanto, el agua en forma de gas emite mucha más radiación que el agua en estado sólido, donde las moléculas están mucho más ordenadas y, por lo tanto, experimentan una muchísimo menor libertad de movimiento.

Esto implica que para buscar el agua en estado gaseoso deben de rastrear la zona central de los discos, ya que esa región está más cerca de la estrella y por lo tanto la temperatura de esa zona es mayor. ¿Qué ocurre? La presencia de polvo es mayor en esas ubicaciones y ocultan parte de la información que quieren medir los científicos cuando pretenden medir radiaciones de moléculas de agua en estado gaseoso.

El golpe de suerte para hallar el eslabón perdido

Afortunadamente, un estudio reciente (Cieza, 2016) demostró que el disco de V883 Orionis se encuentra a una temperatura inusualmente alta. Esto es debido a una poco común emisión de energía procedente de la estrella debido a un estallido protoestelar, lo que hace que las temperaturas alcanzadas permitan que el agua esté en estado gaseoso donde, de otra forma, seguiría estando en estado sólido. Allí el polvo ya no es un problema y los científicos han podido analizar esa región de un modo más sencillo. Gracias a ALMA pudieron, incluso, estimar que este disco contiene al menos 1200 veces la cantidad de agua presente en todos los océanos de la Tierra.

En el futuro, con el ELT (Extremely Large Telescope) y su instrumento METIS podrán resolver en el infrarrojo la fase gaseosa del agua con una precisión nunca antes vista, ofreciendo más información sobre este eslabón perdido para clarificar la trayectoria del agua desde estas nubes de formación estelar hasta los sistemas solares.

Artículos científicos relacionados

• Tobin, J.J.; van’t Hoff, M.L.R.; Leemker, M. et al (223). Deuterium-enriched water ties planet-forming disks to comets and protostars. Nature 615, 227–230. DOI: 10.1038/s41586-022-05676-z (Ver).
• Cieza, L., Casassus, S., Tobin, J. et al (2016). Imaging the water snow-line during a protostellar outburst. Nature 535, 258–261. DOI: 10.1038/nature18612 (Ver).

Referencias

• Astronomers find missing link for water in the Solar System. ESO Science release, eso2302 (Ver).
• Stellar Outburst Brings Water Snow Line Into View. ESO Science release, eso1626 (Ver).
• Astrónomos descubren un eslabón perdido para el agua del Sistema Solar. ESO Comunicado científico, eso2302es (Ver).
• Un estallido estelar nos permite ver la línea de nieve del agua. ESO Comunicado científico, eso1626es (Ver).