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Detectan vapor de agua en un disco planetario

El hallazgo muestra que hay una reserva de agua disponible para los planetas terrestres que podrían estar fusionándose allí.

El agua es esencial para la vida tal como la conocemos. Sin embargo, los científicos debaten cómo llegó a la Tierra y si los mismos procesos podrían sembrar exoplanetas rocosos que orbitan estrellas distantes. Nuevos conocimientos pueden provenir del sistema planetario PDS 70, ubicado a 370 años luz de distancia. La estrella alberga un disco interno y un disco externo de gas y polvo, separados por un espacio de 5 mil millones de millas de ancho (8 mil millones de kilómetros), y dentro de ese espacio hay dos planetas gigantes gaseosos conocidos.

Nuevas mediciones realizadas por el MIRI (Instrumento de infrarrojo medio) del telescopio espacial James Webb de la NASA han detectado vapor de agua en el disco interno del sistema, a distancias de menos de 160 millones de kilómetros de la estrella, la región donde se pueden formar planetas terrestres rocosos. (La Tierra orbita a 93 millones de millas de nuestro Sol). Esta es la primera detección de agua en la región terrestre de un disco que ya se sabe que alberga dos o más protoplanetas.

“Hemos visto agua en otros discos, pero no tan cerca y en un sistema donde los planetas se están ensamblando actualmente. No pudimos hacer este tipo de medición antes de Webb”, dijo la autora principal Giulia Perotti del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) en Heidelberg, Alemania.

“Este descubrimiento es extremadamente emocionante, ya que investiga la región donde normalmente se forman los planetas rocosos similares a la Tierra”, agregó el director de MPIA, Thomas Henning, coautor del artículo. Henning es co-investigador principal del MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb, que realizó la detección, y el investigador principal del programa MINDS (MIRI Mid-Infrared Disk Survey) que tomó los datos.

Un ambiente húmedo para la formación de planetas

PDS 70 es una estrella de tipo K, más fría que nuestro Sol, y se estima que tiene 5,4 millones de años. Esto es relativamente antiguo en términos de estrellas con discos formadores de planetas, lo que hizo que el descubrimiento del vapor de agua fuera sorprendente.

Con el tiempo, el contenido de gas y polvo de los discos formadores de planetas disminuye. O bien la radiación de la estrella central y los vientos expulsan ese material, o el polvo se convierte en objetos más grandes que eventualmente forman planetas. Como estudios anteriores no pudieron detectar agua en las regiones centrales de discos de edad similar, los astrónomos sospecharon que podría no sobrevivir a la fuerte radiación estelar, lo que llevaría a un ambiente seco para la formación de planetas rocosos.

Los astrónomos aún no han detectado la formación de ningún planeta dentro del disco interno de PDS 70. Sin embargo, ven la materia prima para construir mundos rocosos en forma de silicatos. La detección de vapor de agua implica que si allí se están formando planetas rocosos, tendrán agua disponible desde el principio.

“Encontramos una cantidad relativamente alta de pequeños granos de polvo. Combinado con nuestra detección de vapor de agua, el disco interno es un lugar muy emocionante”, dijo el coautor Rens Waters de la Universidad de Radboud en los Países Bajos.


Un espectro del disco protoplanetario de PDS 70, obtenido con MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb, muestra una serie de líneas de emisión de vapor de agua.  Los científicos determinaron que el agua está en el disco interno del sistema, a distancias de menos de 100 millones de millas de la estrella, la región donde se pueden estar formando planetas terrestres rocosos.  Descargue la versión de resolución completa del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial. Créditos: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)

¿Cuál es el origen del agua?

El descubrimiento plantea la cuestión de dónde provino el agua. El equipo de MINDS consideró dos escenarios diferentes para explicar su hallazgo.

Una posibilidad es que las moléculas de agua se estén formando en el lugar donde las detectamos, a medida que se combinan los átomos de hidrógeno y oxígeno. Una segunda posibilidad es que las partículas de polvo recubiertas de hielo se transporten desde el disco exterior frío al disco interior caliente, donde el hielo de agua se sublima y se convierte en vapor. Tal sistema de transporte sería sorprendente, ya que el polvo tendría que cruzar la gran brecha abierta por los dos planetas gigantes.

Otra pregunta que plantea el descubrimiento es cómo el agua podría sobrevivir tan cerca de la estrella, cuando la luz ultravioleta de la estrella debería romper las moléculas de agua. Lo más probable es que el material circundante, como el polvo y otras moléculas de agua, sirva como escudo protector. Como resultado, el agua detectada en el disco interior del PDS 70 podría sobrevivir a la destrucción.

En última instancia, el equipo utilizará dos instrumentos más de Webb, NIRCam (Cámara de infrarrojo cercano) y NIRSpec (Espectrógrafo de infrarrojo cercano) para estudiar el sistema PDS 70 en un esfuerzo por obtener una comprensión aún mayor.

Referencia: nota de prensa de nasa.gov, actualizado en 24 de julio de 2023.

Ilustración de la portada:

El concepto de este artista retrata la estrella PDS 70 y su disco protoplanetario interno. Nuevas mediciones del Telescopio Espacial James Webb de la NASA han detectado vapor de agua a distancias de menos de 100 millones de millas de la estrella, la región donde se pueden estar formando planetas terrestres rocosos. Esta es la primera detección de agua en la región terrestre de un disco que ya se sabe alberga dos o más protoplanetas, uno de los cuales se muestra arriba a la derecha.Créditos: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)

Programa de información de observaciones del Telescopio Espacial James Webb GTO 1282.

Perotti, G., Christiaens, V., Henning, T. et al. Water in the terrestrial planet-forming zone of the PDS 70 disk. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06317-9

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