El agua descubierta en zona de formación de planetas rocosos arroja pistas sobre habitabilidad

El agua es esencial para la vida tal como la conocemos. Sin embargo, los científicos debaten cómo esta llegó a la Tierra y si los mismos procesos podrían «sembrarla» en exoplanetas rocosos que orbitan alrededor de estrellas lejanas. Nuevos conocimientos podrían provenir del sistema planetario PDS 70, situado a 370 años luz de distancia. La estrella alberga tanto un disco interior como un disco exterior de gas y polvo, separados por una brecha de 8 mil millones de kilómetros (5 mil millones de millas) de ancho, y dentro de esa brecha se encuentran dos planetas gigantes gaseosos que ya eran conocidos.

Las nuevas mediciones realizadas por el instrumento de infrarrojo medio (MIRI, por sus siglas en inglés) a bordo del telescopio espacial James Webb de la NASA, en cuyo desarrollo hubo una importante participación española coordinada desde el Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA), han detectado vapor de agua en el disco interior del sistema, a distancias de menos de 160 millones de kilómetros (100 millones de millas) de la estrella, en una región donde se podrían estar formando planetas rocosos y terrestres. (La órbita de la Tierra se encuentra a 150 millones de kilómetros, o 93 millones de millas, de nuestro Sol). Esta es la primera detección de agua en la región terrestre de un disco del que ya se sabe que alberga dos o más protoplanetas.

«Hemos visto agua en otros discos, pero no tan cerca ni en un sistema donde los planetas se están fusionando actualmente. Antes de Webb, no podíamos hacer este tipo de mediciones», dijo Giulia Perotti, autora principal del artículo científico donde aparecen estos hallazgos e investigadora del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) en Alemania. En el estudio, publicado esta semana en la revista Nature, participan investigadores españoles del CAB.

«Este descubrimiento es extremadamente emocionante, ya que sondea la región donde normalmente se forman planetas rocosos parecidos a la Tierra», añadió el director del MPIA, Thomas Henning, quien es coautor del artículo científico.

Concepción artística de la estrella PDS 70 y su disco protoplanetario. Imagen: MPIA

Un ambiente vaporoso para la formación de planetas

PDS 70 es una estrella del 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 de formación planetaria, lo que hizo que el descubrimiento del vapor de agua fuera sorprendente. Con el tiempo, el contenido de gas y polvo en los discos de formación planetaria disminuye. O bien la radiación y los vientos de la estrella central expulsan dicho material, o el polvo se convierte en objetos más grandes que acaban formando planetas.

Como los estudios anteriores no detectaron agua en las regiones centrales de discos de una edad similar, los astrónomos sospechaban que el agua podría no sobrevivir a la inclemente radiación estelar, lo que produciría un ambiente seco para la formación de cualquier planeta rocoso.

Los astrónomos aún no han detectado ningún planeta en formación dentro del disco interior de PDS 70. Precisamente esta misma semana, otro equipo internacional de científicos con participación de investigadores del CAB, publicaba otro artículo con evidencias observacionales sólidas de que podrían existir exoplanetas troyanos en el sistema PDS 70, al detectar una nube de escombros en la órbita de uno de sus dos planetas conocidos, PDS 70b.

No obstante, sí pueden observar las materias primas para la formación de mundos rocosos, en forma de silicatos. La detección de vapor de agua implica que si los planetas rocosos se están formando en ese lugar, tendrán agua disponible desde el principio. «Encontramos una cantidad relativamente alta de pequeños granos de polvo. En combinación con nuestra detección de vapor de agua, el disco interior es un lugar muy emocionante», dijo el coautor Rens Waters, de la Universidad de Radboud en los Países Bajos.

¿Cuál es el origen del agua?

Este descubrimiento plantea la pregunta: ¿de dónde vino el agua?. Los investigadores consideraron dos escenarios diferentes para explicar su hallazgo.

El espectro de un disco protoplanetario de PDS 70, obtenido con MIRI. Imagen: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)

Una posibilidad es que las moléculas de agua se formen en el lugar donde han sido detectadas, a medida que se combinan los átomos de hidrógeno y oxígeno. Una segunda posibilidad es que las partículas de polvo recubiertas de hielo sean transportadas 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 atravesar la gran brecha tallada por los dos planetas gigantes.

Otra pregunta que plantea este descubrimiento es cómo el agua podría sobrevivir tan cerca de la estrella, cuando la luz ultravioleta de la estrella debería romper cualquier molécula 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 sistema PDS 70 podría sobrevivir a la destrucción.

En todo caso, el equipo utilizará otros dos instrumentos de Webb, la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) y el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec), para estudiar el sistema PDS 70, en un esfuerzo por obtener una comprensión aún mayor.

El telescopio espacial James Webb es el principal observatorio de ciencias espaciales del mundo. En tan solo un año de operaciones está resolviendo los misterios de nuestro sistema solar, viendo más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorando las misteriosas estructuras y los orígenes de nuestro universo y nuestro lugar dentro de él. Se trata de un programa internacional dirigido por la NASA con la participación de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA).

*Imagen portada: Representación de la estrella PDS 70 y su disco protoplanetario interior/ NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)