copos de nieve cósmicos son barridos por la formación de planetas,
proporcionando ingredientes clave para la vida
La mayor parte del agua en el universo flota
en vastos reservorios llamados nubes moleculares. Recubre la superficie de
los granos de polvo, convirtiéndolos en copos de nieve cósmicos. Cuando
las estrellas y los planetas se forman, esos copos de nieve se barren, entregando
ingredientes clave para la vida. El Telescopio Espacial James Webb de la
NASA mapeará el agua y otros hielos cósmicos para obtener nuevos conocimientos
sobre estos bloques de construcción para planetas habitables.
La historia completa:
La luz azul de una estrella recién nacida
ilumina la nebulosa de reflexión IC 2631. Esta nebulosa es parte de la región
de formación de estrellas de Chamaeleon, que Webb estudiará para aprender más
sobre la formación de agua y otros hielos cósmicos. CRÉDITO: Observatorio
Europeo Austral (ESO)
El
agua es crucial para la vida, pero ¿cómo se hace agua? Cocinar algo de
H 2 O requiere más que mezclar hidrógeno y
oxígeno. Requiere las condiciones especiales que se encuentran en las
profundidades de las nubes moleculares frígidas, donde el polvo protege contra
la luz ultravioleta destructiva y ayuda a las reacciones químicas. El
Telescopio Espacial James Webb de la NASA se asomará a estos reservorios
cósmicos para obtener nuevos conocimientos sobre el origen y la evolución del agua
y otros bloques de construcción clave para los planetas habitables.
Una nube molecular es una nube interestelar de
polvo, gas y una variedad de moléculas que van desde hidrógeno molecular
(H 2 ) hasta compuestos orgánicos complejos que contienen
carbono. Las nubes moleculares contienen la mayor parte del agua del
universo y sirven como viveros para las estrellas recién nacidas y sus
planetas.
Dentro de estas nubes, en las superficies de
pequeños granos de polvo, los átomos de hidrógeno se unen con el oxígeno para
formar agua. El carbono se une con el hidrógeno para formar
metano. El nitrógeno se une con el hidrógeno para crear
amoniaco. Todas estas moléculas se adhieren a la superficie de las motas
de polvo, acumulando capas heladas durante millones de años.
El resultado
es una vasta colección de "copos de nieve" que son arrastrados por
planetas infantiles, entregando los materiales necesarios para la vida tal como
la conocemos. "Si podemos entender la complejidad química de estos
hielos en la nube molecular, y cómo evolucionan durante la formación de una
estrella y sus planetas, entonces podemos evaluar si los bloques de
construcción de la vida deberían existir en cada sistema estelar", dijo
Melissa. McClure de la Universiteit van Amsterdam, el investigador principal de
un proyecto de investigación para investigar hielos cósmicos.
Para comprender estos procesos, uno de
los proyectos de Science
Discretionary Early Release del Director de Webb examinará una región
cercana de formación estelar para determinar qué hielos están presentes en el
lugar. "Planeamos utilizar una variedad de modos y capacidades
instrumentales de Webb, no solo para investigar esta región, sino también para
aprender la mejor manera de estudiar hielos cósmicos con Webb", dijo Klaus
Pontoppidan del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI), una
investigador en el proyecto de McClure.
Este proyecto aprovechará los
espectrógrafos de alta resolución de Webb para obtener las observaciones más
sensibles y precisas en longitudes de onda que miden específicamente los
hielos. Los espectrógrafos de Webb, NIRSpec y MIRI.
Estrellas infantiles y cunas de cometas
El equipo, liderado por McClure y los
investigadores co-principales Adwin Boogert (Universidad de Hawai) y Harold
Linnartz (Universiteit Leiden), planea apuntar al Complejo Chamaeleon , una región de formación estelar
visible en el cielo del sur. Se encuentra a unos 500 años luz de la Tierra
y contiene varios cientos de protoestrellas, la más antigua de las cuales tiene
aproximadamente un millón de años. "Esta región tiene un poco de todo
lo que estamos buscando", dijo Pontoppidan.
El equipo utilizará detectores infrarrojos
sensibles de Webb para observar las estrellas detrás de la nube
molecular. A medida que la luz de esas débiles estrellas de fondo pasa a
través de la nube, los hielos en la nube absorberán parte de la luz. Al
observar muchas estrellas de fondo diseminadas por el cielo, los astrónomos
pueden cartografiar hielos dentro de toda la extensión de la nube y localizar
dónde se forman diferentes hielos. También se enfocarán en protoestrellas
individuales dentro de la nube para aprender cómo la luz ultravioleta de estas
estrellas nacientes promueve la creación de moléculas más complejas.
Los astrónomos también examinarán los lugares
de nacimiento de los planetas, discos giratorios de gas y polvo conocidos como
discos protoplanetarios que rodean a las estrellas recién formadas. Podrán
medir las cantidades y las abundancias relativas de hielos tan cerca como 5 mil
millones de millas de la estrella infantil, que es la distancia orbital de
Plutón en nuestro sistema solar.
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Este espectro simulado del telescopio Webb ilustra
los tipos de moléculas que se pueden detectar
en las regiones de formación de estrellas,
como la Nebulosa del Águila (fondo).
CRÉDITO: NASA, ESA, el Equipo de Herencia de Hubble,
y M. McClure (Universiteit van Amsterdam)
y A. Boogert (Universidad de Hawai)
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"Los cometas han sido descritos como
bolas de nieve polvorientas. Al menos parte del agua en los océanos de la
Tierra probablemente fue liberada por los impactos de los cometas al principio
de la historia de nuestro sistema solar. Observaremos los lugares donde los
cometas se forman alrededor de otras estrellas", explicó. Pontoppidan.
Experimentos de laboratorio
Para entender las observaciones de Webb, los
científicos necesitarán realizar experimentos en la Tierra. Los
espectrógrafos de Webb difundirán la luz infrarroja entrante en un espectro de
arco iris. Diferentes moléculas absorben luz a ciertas longitudes de onda
o colores, lo que resulta en líneas espectrales oscuras.
Los laboratorios
pueden medir una variedad de sustancias para crear una base de datos de
"huellas dactilares" moleculares. Cuando los astrónomos ven esas
huellas dactilares en un espectro de Webb, pueden identificar la molécula o
familia de moléculas que crearon las líneas de absorción.
"Los estudios de laboratorio ayudarán a
abordar dos preguntas clave. La primera es qué moléculas están presentes. Pero
igual de importante, veremos cómo llegaron los hielos.
¿Cómo se formaron? Lo
que encontramos con Webb ayudará a informar a nuestros modelos y nos permiten
entender los mecanismos para la formación de hielo a temperaturas muy bajas
", explicó Karin Öberg del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, un
investigador del programa.
"Llevará años extraer completamente los
datos que salen de Webb", agregó Öberg.
El Telescopio Espacial James Webb es el
principal observatorio espacial infrarrojo del mundo de la próxima
década. Webb ayudará a la humanidad a resolver los misterios de nuestro
sistema solar, mirar más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas
y explorar las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro
lugar en él. Webb es un proyecto internacional liderado por la NASA con
sus socios, ESA (Agencia Espacial Europea) y CSA (Agencia Espacial Canadiense).
