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Webb revela ‘el lado oscuro’ de la química del hielo preestelar
Si deseamos construir un planeta habitable, los hielos son un ingrediente vital porque son la fuente principal de varios elementos clave, a saber: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre (denominados aquí como CHONS).
Estas gráficas muestran datos espectrales obtenidos por tres de los instrumentos del telescopio espacial James Webb. Además de hielos simples como el agua, el equipo científico pudo identificar formas congeladas de una amplia gama de moléculas, desde dióxido de carbono, amoníaco y metano, hasta la molécula orgánica compleja más simple, el metanol. Ilustración: NASA, ESA, CSA y J. Olmsted (STScI); Investigación científica: K. Pontoppidan (STScI), N. Crouzet (Universidad de Leiden), Z. Smith (The Open University) y M. McClure (Observatorio de Leiden)
Estos elementos son ingredientes importantes tanto en las atmósferas planetarias como en moléculas como los azúcares, los alcoholes y los aminoácidos simples.
Un equipo internacional de astrónomos que utilizan el telescopio espacial James Webb de la NASA ha obtenido un inventario detallado de los hielos más profundos y fríos que se hayan medido hasta la fecha en una nube molecular.
Además de hielos simples como el agua, el equipo pudo identificar formas congeladas de una amplia gama de moléculas, desde sulfuro del carbonilo, amoníaco y metano, hasta la molécula orgánica compleja más simple, el metanol. (Los investigadores consideraron que las moléculas orgánicas eran complejas cuando tenían seis o más átomos).
Este es el censo más completo hasta la fecha de los ingredientes de los hielos disponibles para la creación de futuras generaciones de estrellas y planetas, antes de que se calienten durante la formación de las estrellas jóvenes.
“Nuestros resultados brindan información sobre la etapa química inicial y oscura de la formación de hielo en los granos de polvo interestelar que crecerán hasta convertirse en guijarros del tamaño de un centímetro, a partir de los cuales se forman los planetas en los discos”, dijo Melissa McClure, astrónoma del Observatorio de Leiden en los Países Bajos, quien es la investigadora principal de este programa de observación.
Además de las moléculas identificadas, el equipo encontró evidencia de moléculas más complejas que el metanol y, aunque no atribuyeron definitivamente estas señales a moléculas específicas, esto demuestra por primera vez que las moléculas complejas se forman en las profundidades heladas de las nubes moleculares antes de que nazcan las estrellas.
Al detectar el sulfuro de carbonilo del hielo que contiene azufre, los investigadores pudieron estimar por primera vez la cantidad de azufre incrustado en los granos de polvo de los hielos preestelares.
Si bien la cantidad medida es mayor que la observada anteriormente, sigue siendo menor que la cantidad total que se espera que esté presente en esta nube, en función de su densidad. Esto también es cierto para los otros elementos de CHONS.
Un desafío clave para los astrónomos es comprender dónde se esconden estos elementos: en hielos, en materiales similares al hollín o en rocas. La cantidad de CHONS en cada tipo de material determina cuánto de estos elementos acaban en la atmósfera de los exoplanetas y cuánto en su interior.
“El hecho de que no hayamos visto todos los CHONS que esperamos podría indicar que están atrapados en materiales más rocosos o ennegrecidos de hollín que no podemos medir”, explicó McClure. “Esto podría permitir una mayor diversidad en la composición general de los planetas terrestres”.
La caracterización química de los hielos se logró estudiando de qué manera la luz estelar más allá de la nube molecular era absorbida por las moléculas de los hielos dentro de la nube, en longitudes de onda infrarrojas específicas que son visibles para Webb.
Este proceso deja señales químicas conocidas como líneas de absorción, las cuales pueden compararse con datos de laboratorio para identificar qué hielos (moléculas congeladas) están presentes en la nube molecular.
En este estudio, el equipo se centró en los hielos enterrados en una región particularmente fría, densa y difícil de investigar de la nube molecular de Camaleón I, una región a unos 500 años luz de la Tierra que actualmente se encuentra en proceso de formación de decenas de estrellas jóvenes.
“Simplemente, no habríamos podido observar estos hielos sin Webb”, explicó Klaus Pontoppidan, científico del proyecto Webb en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI, por sus siglas en inglés) en Baltimore, Maryland, quien participó en esta investigación.
“Los hielos aparecen como depresiones contra un fondo continuo de luz estelar. En regiones tan frías y densas, gran parte de la luz estelar de fondo está bloqueada, y fue necesaria la exquisita sensibilidad de Webb para detectar la luz estelar y, por lo tanto, identificar los hielos dentro de la nube molecular”. (NASA)
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