The original English version is: https://www.universite-paris-saclay.fr/en/news/jwst-witnesses-destruction-equivalent-ocean-every-month-space
Un equipo internacional de investigadores, dirigido por Marion Zannese, joven científica de la Universidad de París-Saclay (Francia), acaba de hallar pruebas de que un gran número de moléculas de agua han sido destruidas masivamente y luego reformadas en un disco de formación planetaria situado en el centro de la nebulosa de Orión. El descubrimiento ha sido posible gracias a las observaciones de alta calidad del Telescopio Espacial James Webb (telescopio Webb) y a cálculos de física cuántica. Este trabajo realizado como parte del programa de ciencia de liberación temprana PDRs4All del telescopio Webb, acaba de ser publicado en Nature Astronomy. En el estudio participó el investigador Jinhua He, académico visitante del Observatorio de Yunnan de la Academia China de Ciencias (CAS) en el Centro Sudamericano de Astronomía de la CAS (CASSACA).
El agua es un ingrediente clave para la vida. En la Tierra, la mayor parte del agua de los océanos se formó mucho antes del nacimiento del Sistema Solar, en regiones frías del espacio interestelar a temperaturas inferiores a -250 grados Celsius. Sin embargo, es probable que parte del agua hubiera sufrido un proceso de renacimiento en entornos calientes a temperaturas de 100-500 grados Celsius cuando el Sistema Solar aún era un disco de gas y polvo orbitando el Sol naciente.
Para comprender este enigmático reciclaje del agua a alta temperatura, los astrónomos dirigieron el telescopio Webb hacia un disco protoplanetario numerado d203-506 en la Gran Nebulosa de Orión, considerada la cuna de los planetas. Descubrieron que la intensa radiación ultravioleta de las estrellas masivas cercanas destruye y vuelve a producir rápidamente moléculas de agua en el disco protoplanetario, convirtiéndolo en un intrigante laboratorio de química interestelar.
Pero, ¿cómo se puede observar la formación y destrucción de moléculas de agua situadas a más de 1.000 años luz de distancia? La colaboración con expertos en física cuántica2 es la clave para superar este reto. Cuando una molécula de agua (H2O) es destruida por la luz ultravioleta, se libera una molécula de hidroxilo (OH) en estado de rotación a gran velocidad. La molécula de hidroxilo experimenta entonces un salto de nivel de energía rotacional en estos niveles de energía muy altos, y la serie resultante de emisiones de líneas espectrales en el infrarrojo medio (a una longitud de onda de unos 10 micrómetros) es captada por el telescopio Webb. En el joven objeto d203-506, la luz ultravioleta destruye cada mes una cantidad de moléculas de agua equivalente a la de un océano de la Tierra.
Sin embargo, no termina ahí. El telescopio Webb ha observado simultáneamente otro conjunto de líneas espectrales emitidas por moléculas de hidroxilo (OH) en la banda del infrarrojo cercano (a una longitud de onda de unos 3 micrómetros) por un mecanismo similar, lo que indica que se está formando un gran número de moléculas de hidroxilo por una reacción química (OH+H2) entre átomos de oxígeno y moléculas de hidrógeno en un gas caliente. Las moléculas de hidroxilo reaccionan posteriormente con las moléculas de hidrógeno (OH+H2) para producir moléculas de agua, por lo que las moléculas de hidroxilo desempeñan el papel de intermediarios químicos en la síntesis del agua. Esto constituye un ciclo químico completo de las moléculas de agua. Es probable que algunas de las moléculas de agua de los océanos de la Tierra hayan sido procesadas por un proceso de ciclo del agua a tan alta temperatura.
La imagen de la izquierda y la del centro muestran imágenes del objeto de disco joven d203-506 en la Gran Nebulosa de Orión observadas por el telescopio Webb ©PDRs4All. La animación de la derecha ilustra cómo el proceso de destrucción y reformación de las moléculas de agua es observado por el telescopio Webb. © Marion Zannese
1 El proyecto PDRs4All (https://pdrs4all.org/) es uno de los 13 programas de ciencia de liberación temprana (Early Release Science programmes, abreviado ERS) seleccionados por la NASA para demostrar las capacidades de observación del telescopio Webb, compuesto por varios equipos de colaboración internacionales. 2 Se incluyen contribuciones de científicos de las siguientes instituciones colaboradoras: Instituto de Física Fundamental (CSIC), España; Departamento de Química, Universidad Complutense de Madrid, España; Departamento de Química Física, Universidad de Salamanca, España; Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Países Bajos; Instituto de Química de Leiden, Laboratorios Gorlaeus, Universidad de Leiden, Países Bajos.
Referencias:
OH as a probe of the warm water cycle in planet-forming disks
Marion Zannese, Benoît Tabone, Emilie Habart, Javier R. Goicoechea, Alexandre Zanchet, Ewine F. van Dishoeck, Marc C. van Hemert, John H. Black, Alexander G. G. M. Tielens, A. Veselinova, P. G. Jambrina, M. Menendez, E. Verdasco, F. J. Aoiz, L. Gonzalez-Sanchez, Boris Trahin, Emmanuel Dartois, Olivier Berné, Els Peeters, Jinhua He（何金华）, Ameek Sidhu, Ryan Chown, Ilane Schroetter, Dries Van De Putte, Amélie Canin, Felipe Alarcón, Alain Abergel, Edwin A. Bergin, Jeronimo Bernard-Salas, Christiaan Boersma, Emeric Bron, Jan Cami, Daniel Dicken, Meriem Elyajouri, Asunción Fuente, Karl D. Gordon, Lina Issa, Christine Joblin, Olga Kannavou, Baria Khan, Ozan Lacinbala, David Languignon, Romane Le Gal, Alexandros Maragkoudakis, Raphael Meshaka, Yoko Okada, Takashi Onaka, Sofia Pasquini, Marc W. Pound, Massimo Robberto, Markus Röllig, Bethany Schefter, Thiébaut Schirmer, Sílvia Vicente, Mark G. Wolfire
Nature Astronomy 23 February 2024 https://www.nature.com/articles/s41550-024-02203-0
Traductora de español: Luna Yuanping Cao
Webpage editor: Lixin Yu