Month: February 2024

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

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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

A medida que se acerca el Año Nuevo Chino del Dragón en 2024, el Centro Sudamericano de Astronomía de la Academia China de Ciencias (CASSACA) y el Departamento de Astronomía de la Universidad de Chile (DAS, UCh) trabajaron juntos para celebrarlo y promover la cultura china.    

El 26 de enero se celebró el evento en Santiago, Chile. Fueron invitados a la celebración la Sra. Chao Zhu, de la Sección de Ciencia y Tecnología de la Embajada de China en Chile; la Sra. Hongjuan Gu, Directora China del Instituto Confucio en la Universidad Católica de Chile; Representantes del Instituto Confucio en la Universidad de Santo Tomás; el Prof. Francisco Martínez Concha, Decano de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la UCh, y la Vicedecana, Prof. Marcela Munizaga; el Dr. Bruno Días, Presidente de la Sociedad Astronómica de Chile; el Prof. Guido Garay, Director del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines; representante de la Municipalidad de La Cisterna, y representantes de empresas chinas locales. Los miembros del DAS de la UCh, junto con el equipo de CASSACA y sus familiares, se congregaron para festejar el Año Nuevo Chino, sumando en total más de 170 participantes.

La zona de experiencias culturales, destacada por sus demostraciones de caligrafía china y ceremonia del té, cosechó grandes elogios. El almuerzo, ofreciendo platos auténticos chinos, recibió una acogida especialmente entusiasta, generando largas filas de asistentes ansiosos por degustarlo. Además, las armoniosas actuaciones del guzheng y el erhu, junto con la elegante danza del abanico, el misterioso cambio de caras y la vigorosa danza de la espada recibieron continuos aplausos del público, elevando el ambiente festivo del evento a un punto culminante y mostrando a la perfección el rico sabor del Año Nuevo Chino. En este contexto, la exposición sobre la Antigua Astronomía China y los Avances Astronómicos Contemporáneos destacó, mostrando la rica historia y los progresos actuales de la astronomía china, captando la curiosidad de muchos. Además, un telescopio solar, instalado especialmente por el DAS de la UCh, fascinó a numerosos visitantes, convirtiéndose en uno de los focos principales del evento.

Esta celebración no solo tuvo una atmósfera cálida y alegre en el lugar, mostrando plenamente el encanto único de la cultura tradicional china, sino que también combinó exitosamente las celebraciones culturales tradicionales con la exploración de la ciencia astronómica moderna. Como un puente importante en la cooperación entre China y Chile, CASSACA continuará desempeñando su papel de plataforma, ayudando a impulsar la cooperación e intercambios entre ambos países en múltiples campos, escribiendo juntos un nuevo capítulo de amistad.    

Este evento fue financiado por Observatorios Astronómicos Nacionales de la Academia China de Ciencias y contó con la colaboración del Departamento de Astronomía de la Universidad de Chile.

El polvo cósmico es similar al polvo en la Tierra: agrupaciones de moléculas que se han condensado y adherido formando un grano. Un equipo internacional de astrónomos ha descubierto una fuente de polvo previamente desconocida en el universo: una supernova de Tipo Ia que interactúa con el gas de su entorno. Los resultados son significativos porque la naturaleza exacta de la creación de polvo en el universo ha sido durante mucho tiempo un misterio.

Su estudio fue publicado en Nature Astronomy el 9 de Febrero de 2024, el cual fue dirigido por la Dra. Lingzhi WANG, profesor del Centro Sudamericano de Astronomía de la Academia China de Ciencias (CASSACA), junto con otros astrónomos de China, Estados Unidos, Chile, Reino Unido, España, etc.

Se sabe que las supernovas desempeñan un papel en la formación de polvo y, hasta la fecha, solo se ha observado su formación en supernovas de colapso central, que son explosiones de estrellas masivas. Dado que las supernovas de colapso del núcleo no se producen en galaxias elípticas, la naturaleza de la creación de polvo en estas galaxias sigue siendo difícil de descifrar.  Estas galaxias no están organizadas en forma de espiral como nuestra Vía Láctea, sino que son gigantescos enjambres de estrellas. El nuevo estudio concluye que las supernovas termonucleares de tipo Ia, es decir, la explosión de una estrella enana blanca en un sistema binario con otra estrella, pueden ser responsables de una cantidad significativa de polvo en estas galaxias.

Los investigadores monitorearon una supernova, SN 2018evt, durante más de tres años utilizando instalaciones espaciales como el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA y las misiones NEOWISE, e instalaciones terrestres como Red Global de Telescopios del Observatorio Las Cumbres y otras instalaciones en China, Sudamérica y Australia. Descubrieron que la supernova estaba chocando con material previamente expulsado por una o ambas estrellas del sistema binario antes de la explosión de la estrella enana blanca.  La supernova envió una onda de choque a este gas preexistente.  A medida que los investigadores monitoreaban la supernova durante más de 1,000 días, notaron que su luz comenzó a atenuarse precipitadamente en las longitudes de onda ópticas que nuestros ojos pueden ver, y luego comenzó a brillar más intensamente en luz infrarroja. Esto es una señal revelador de que se estaba creando polvo en el gas circunestelar después de que éste se enfriara tras el paso de la onda de choque de la supernova.  

“Los orígenes del polvo cósmico han sido durante mucho tiempo un misterio. Esta investigación marca la primera detección de un proceso significativo y rápido de formación de polvo en la supernova termonuclear que interactúa con gas circunestelar”, afirmó Lingzhi WANG, la primera autora de este estudio.

Fig. 1, Bosquejos esquemáticos de SN 2018evt en las diferentes fases a, b y c. La obra de arte en la parte superior derecha presenta el proceso de formación de polvo producido por ChatGPT.

El estudio estimó que esta supernova debe haber generado una gran cantidad de polvo, más del 1% de la masa del Sol.  A medida que la supernova se enfríe, la cantidad de polvo creado debería aumentar, quizás hasta diez veces. Aunque estas fábricas de polvo no son tan numerosas ni eficientes como las supernovas de colapso del núcleo, podría haber suficientes supernovas termonucleares interactuando con su entorno como para ser una fuente significativa o incluso dominante de polvo en las galaxias elípticas.

“Este trabajo ofrece información sobre la contribución de las supernovas termonucleares al polvo cósmico, y se espera encontrar más fenómenos de este tipo en la era del Telescopio Espacial James Webb (JWST)”, declaró el profesor Lifan WANG, de la Universidad A&M de Texas, co-primer autor de este estudio. El telescopio Webb capta luz infrarroja, que es perfecta para la detección de polvo.

“La creación de polvo es simplemente el gas enfriándose lo suficiente como para condensarse “, dijo el profesor Andy Howell, del Observatorio Las Cumbres y la Universidad de California en Santa Bárbara. Howell es el investigador principal del Proyecto Global Supernova, cuyos datos se utilizaron en el estudio. “Un día ese polvo se condensará en planetesimales y, en última instancia, en planetas.  Se trata de una creación que comienza de nuevo tras la muerte estelar.  Es emocionante comprender otro eslabón en el círculo de la vida y la muerte en el universo”.

Este artículo puede consultarse en https://www.nature.com/articles/s41550-024-02197-9

Fig. 2: Evolución temporal de la masa del polvo nuevo en SN 2018evt, junto con las masas de polvo estimadas para supernovas de colapso del núcleo. La línea negra presenta el ajuste de ley de potencia a la masa del polvo recién formado de SN 2018evt para granos de grafito de 0.3 um.