Concepto artístico del disco PDS 70. Las observaciones del JWST han detectado agua en el disco interior, donde normalmente se forman los planetas terrestres. Durante su crecimiento, los dos gigantes gaseosos excavaron una amplia grieta en un disco de gas y polvo. Fuente: MPIA
Usando el Telescopio Espacial James Webb, el equipo de investigación MINDS dirigido por MPIA ha descubierto agua en la región interna de un disco de gas y polvo alrededor de la joven estrella PDS 70. Los astrónomos esperan que se formen planetas terrestres en esta zona. Esta es la primera detección de este tipo en un disco que contiene al menos dos planetas. Cualquier planeta rocoso formado en el disco interno se beneficiaría de encontrar un cuerpo de agua local significativo, lo que aumentaría las posibilidades de habitabilidad posterior.
Este descubrimiento proporciona evidencia de un mecanismo para suministrar agua a planetas potencialmente habitables durante su formación, además de los posteriores impactos de asteroides que contienen agua.
El agua es esencial para la vida en la Tierra. Sin embargo, los científicos debaten cómo llegó a la Tierra y si este proceso también podría hacer habitables los exoplanetas rocosos alrededor de otras estrellas.
El mecanismo preferido es impulsado por asteroides con agua que bombardean la superficie del joven planeta. “Es posible que hayamos encontrado evidencia de que el agua también puede servir como uno de los ingredientes iniciales para los planetas terrestres y estar disponible al nacer”, dice Giulia Perotti, astrónoma del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) en Heidelberg, Alemania. Es el autor principal de un artículo científico que aparecerá en la revista. Naturaleza informa de la detección de agua en el disco de formación de planetas de la joven estrella PDS 70, a unos 370 años luz de distancia.
Agua en el accionamiento interno del PDS 70
Las observaciones con el MIRI (Mid-InfraRed Instrument) a bordo del Telescopio Espacial James Webb (JWST) han descubierto agua cerca del centro del disco, cerca de la estrella madre PDS 70. En el sistema solar, esta es la región donde los planetas rocosos orbitan alrededor del sol. Según el análisis, el agua se encuentra en forma de vapor caliente, ardiendo a una temperatura de unos 330°C (600°K).
“Este descubrimiento es extremadamente emocionante porque explora la región donde normalmente se forman los planetas rocosos similares a la Tierra”, dijo el director de MPIA, Thomas Henning. Es coautor del artículo central, co-PI (Investigador principal) de MIRI y PI del programa MINDS (MIRI Mid-Infrared Disk Survey). MINDS es el programa de tiempo de trabajo garantizado de JWST en el que participan institutos de investigación de 11 países europeos. Este estudio tiene como objetivo determinar las propiedades de los discos de gas y polvo alrededor de las estrellas jóvenes, lo que puede enseñarnos sobre las condiciones que determinan la composición de los planetas en formación potencial allí.
PDS 70 es el primer disco relativamente antiguo, de unos 5,4 millones de años, donde los astrónomos han encontrado agua. Con el tiempo, el contenido de gas y polvo en los discos formadores de planetas disminuye. La radiación de la estrella central o el viento eliminan material como el polvo y el gas, o el polvo se convierte en objetos más grandes que eventualmente forman planetas. Dado que estudios anteriores no habían podido detectar agua en las regiones centrales de discos de evolución similar, los astrónomos sospecharon que podría no sobrevivir a la fuerte radiación estelar que conduce a entornos secos y rocosos de formación de planetas.
Sección transversal del espectro registrado por el instrumento MIRI a bordo del JWST del disco alrededor de la estrella PDS 70. Se pueden atribuir numerosos picos al agua con diferentes propiedades. La línea negra representa la señal medida. El área azul a continuación es el resultado de cálculos basados en un modelo con diferentes supuestos sobre las propiedades del agua. Fuente: G. Perotti et al. / MPIA
La observación de PDS 70 por MIRI a bordo del JWST fue la clave para desafiar esta hipótesis. Como resultado, los circuitos internos de los discos evolucionados y sin polvo pueden no estar tan secos después de todo. Si es así, muchos planetas terrestres que se forman en estas zonas podrían nacer con un ingrediente clave para sustentar la vida.
El suministro de agua de los planetas terrestres: naturaleza versus crianza
Sin embargo, hasta ahora, los científicos aún tienen que encontrar planetas cerca del centro del disco de PDS 70. En cambio, los astrónomos han detectado dos estrellas gigantes gaseosas más lejanas, PDS 70 b c. Han acumulado polvo y gas circundantes mientras orbitan su estrella anfitriona durante el crecimiento, creando una amplia brecha anular casi desprovista de cualquier materia detectable.
Aún así, cualquier planeta rocoso que se forme en un entorno rico en agua más cercano a la estrella se beneficiaría de un suministro de agua al principio de su ciclo de vida. Por lo tanto, además del agua transportada a los planetas rocosos inicialmente secos en un proceso a largo plazo que involucra a los asteroides como un sistema de transporte cósmico algo aleatorio, este nuevo resultado abre la puerta a un mecanismo potencialmente permanente que suministra agua a los planetas al nacer.
No es difícil imaginar que tal escenario podría aumentar las posibilidades de encontrar planetas rocosos habitables con abundante agua para albergar vida. El progreso del programa MINDS finalmente mostrará si el agua es común en las zonas terrestres de formación de planetas en discos evolucionados alrededor de estrellas jóvenes, o si PDS 70 es solo una excepción.
¿Cuál es el origen del agua?
Dado que la presencia de agua fue algo inesperada, el equipo de MINDS explora varios escenarios para explicar su hallazgo.
Una posibilidad es que el agua sea un remanente de la nebulosa del predisco inicialmente rica en agua. El agua es bastante común, especialmente en su estado congelado, cubriendo pequeñas partículas de polvo. Cuando se somete al calor cerca de una estrella en formación, el agua se evapora y se mezcla con otros gases. Desafortunadamente, las moléculas de agua son bastante frágiles y se descomponen en componentes más pequeños, como hidrógeno y oxígeno, cuando son golpeadas por la dañina radiación ultravioleta de una estrella cercana. Sin embargo, el material circundante, como el polvo y las propias moléculas de agua, sirven como escudo protector. Como resultado, al menos parte del agua detectada cerca del PDS 70 pudo haber sobrevivido a la destrucción.
Otra fuente puede ser el gas que ingresa desde los bordes exteriores del disco PDS 70. Bajo ciertas circunstancias, el oxígeno y el hidrógeno gaseoso pueden combinarse para formar vapor de agua. Además, el arrastre del gas en movimiento puede atraer partículas de polvo ricas en agua que migran desde el prominente anillo exterior de polvo. La estrella central es tan débil que no puede evaporar el hielo de agua desde la distancia de este anillo. Solo cuando los granos de polvo entran en el disco interior cerca de la estrella, el hielo se convierte en gas.
“La verdad probablemente radica en una combinación de todas estas opciones”, dice Perotti. “Aún así, es probable que un mecanismo desempeñe un papel fundamental en el mantenimiento de la reserva de agua del PDS 70. La tarea futura será determinar cuál es”.
Hacia la finalización de la imagen
JWST y MIRI son herramientas poderosas. Sin embargo, representan sólo algunos aspectos del panorama general. Al igual que una imagen que necesita muchos colores diferentes para transmitir su mensaje, los astrónomos utilizan diferentes tipos de observaciones y cubren un amplio rango de longitudes de onda para obtener información y completar su comprensión.
En este caso, el equipo usó el espectrógrafo MIRI para descomponer la radiación infrarroja recibida del PDS 70 en firmas con rangos de longitud de onda pequeños, similar a distinguir un solo color en muchos tonos diferentes. De esta manera, el equipo aisló una gran cantidad de firmas de agua individuales, que utilizaron para calcular temperaturas y densidades.
Los astrónomos ya han obtenido observaciones adicionales con telescopios terrestres para completar la imagen. Además, están esperando ansiosamente el próximo conjunto de observaciones del JWST, que proporcionaría imágenes detalladas del disco interno de PDS 70. Y tal vez su estructura revele rastros de planetas terrestres adicionales o sub-Neptunos ligeramente más grandes que se forman dentro del cuerpo de agua.
Proporcionado por la Sociedad Max Planck