¿Existe agua congelada dispersa en sistemas alrededor de otras estrellas? Los astrónomos llevan tiempo creyendo que sí, basándose en parte en detecciones previas de su forma gaseosa, vapor de agua, y su presencia en nuestro propio sistema solar.
Ahora hay evidencia definitiva: Investigadores confirmaron la presencia de hielo de agua cristalino en un disco de escombros polvorientos que orbita una estrella similar al Sol a 155 años luz de distancia, utilizando datos detallados conocidos como espectros del Telescopio Espacial James Webb de la NASA. (El término hielo de agua especifica su composición, ya que también se observan muchas otras moléculas congeladas en el espacio, como el hielo de dióxido de carbono o "hielo seco"). En 2008, datos del Telescopio Espacial Spitzer, retirado de la NASA, insinuaron la posibilidad de agua congelada en este sistema.
“Webb detectó sin ambigüedades no solo hielo de agua, sino hielo de agua cristalino, que también se encuentra en lugares como los anillos de Saturno y los cuerpos helados del Cinturón de Kuiper de nuestro sistema solar ”, dijo Chen Xie, autor principal del nuevo artículo y científico investigador asistente en la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland.
Toda el agua congelada que detectó Webb está acompañada de finas partículas de polvo por todo el disco, como diminutas "bolas de nieve sucias". Los resultados se publicaron el miércoles en la revista Nature .
Los astrónomos llevan décadas esperando estos datos definitivos. "Cuando era estudiante de posgrado hace 25 años, mi tutor me dijo que debería haber hielo en los discos de escombros, pero antes del Webb, no teníamos instrumentos lo suficientemente sensibles como para realizar estas observaciones", afirmó Christine Chen, coautora y astrónoma del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial de Baltimore. "Lo más sorprendente es que estos datos se parecen a otras observaciones recientes del telescopio de objetos del Cinturón de Kuiper en nuestro propio sistema solar".
El hielo de agua es un componente vital de los discos que rodean a estrellas jóvenes; influye considerablemente en la formación de planetas gigantes y también puede ser transportado por cuerpos pequeños como cometas y asteroides a planetas rocosos completamente formados. Ahora que los investigadores han detectado hielo de agua con el telescopio Webb, han abierto la puerta a que todos los investigadores estudien cómo estos procesos se desarrollan de nuevas maneras en muchos otros sistemas planetarios.
Rocas, polvo y hielo moviéndose por todas partes
La estrella, catalogada como HD 181327, es significativamente más joven que nuestro Sol. Se estima que tiene 23 millones de años, en comparación con los 4.600 millones de años del Sol, que es más maduro. La estrella es ligeramente más masiva que el Sol y más caliente, lo que propició la formación de un sistema ligeramente mayor a su alrededor.
Las observaciones del Webb confirman una brecha significativa entre la estrella y su disco de escombros, una amplia zona libre de polvo. Más allá, su disco de escombros es similar al Cinturón de Kuiper de nuestro sistema solar, donde se encuentran planetas enanos, cometas y otros fragmentos de hielo y roca (que a veces colisionan entre sí). Hace miles de millones de años, nuestro Cinturón de Kuiper probablemente era similar al disco de escombros de esta estrella.
“HD 181327 es un sistema muy activo”, dijo Chen. “Se producen colisiones regulares y continuas en su disco de escombros. Cuando estos cuerpos helados colisionan, liberan diminutas partículas de hielo de agua polvorienta, de tamaño ideal para que el telescopio Webb las detecte”.
Agua congelada, casi en todas partes
El hielo de agua no se distribuye uniformemente por todo este sistema. La mayor parte se encuentra en las zonas más frías y alejadas de la estrella. «La zona exterior del disco de escombros está compuesta por más del 20 % de hielo de agua», explicó Xie.
Cuanto más se acercaban los investigadores a observar, menos hielo de agua encontraban. Hacia la mitad del disco de escombros, el Webb detectó alrededor de un 8 % de hielo de agua. En esta zona, es probable que las partículas de agua congelada se produzcan a un ritmo ligeramente superior al de su destrucción. En la zona del disco de escombros más cercana a la estrella, el Webb prácticamente no detectó nada. Es probable que la luz ultravioleta de la estrella vaporice las partículas de hielo de agua más cercanas. También es posible que las rocas conocidas como planetesimales tengan agua congelada atrapada en su interior, algo que el Webb no puede detectar.
Este equipo y muchos otros investigadores continuarán buscando y estudiando el hielo de agua en los discos de escombros y en los sistemas planetarios en formación activa a lo largo de nuestra galaxia, la Vía Láctea. «La presencia de hielo de agua facilita la formación de planetas», afirmó Xie. «Los materiales helados también podrían llegar a los planetas terrestres, que podrían formarse a lo largo de doscientos millones de años en sistemas como este».
Los investigadores observaron HD 181327 con el NIRSpec (espectrógrafo de infrarrojo cercano) de Webb , que es súper sensible a partículas de polvo extremadamente débiles que solo pueden detectarse desde el espacio.
