El descubrimiento de diversos hielos en las regiones más oscuras de una nube molecular fría ha sido anunciado por un equipo internacional de astrónomos utilizando el Telescopio Espacial James Webb de la NASA. Este resultado permite a los astrónomos examinar las moléculas heladas simples que se incorporarán en la detección de futuros exoplanetas, al tiempo que abre una nueva ventana sobre el origen de moléculas más complejas que son el primer paso en la creación de los componentes básicos de la vida.
Si desea construir un planeta habitable, las moléculas heladas son un ingrediente vital porque son la principal fuente de varios elementos clave, a saber, carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre (referidos aquí como CHONS). Estos elementos son ingredientes importantes tanto en las atmósferas planetarias como en moléculas como azúcares, alcoholes y aminoácidos simples.
Este es el censo más completo hasta la fecha de las moléculas heladas, los ingredientes disponibles para hacer futuras generaciones de estrellas y planetas, antes de que se calienten durante la formación de estrellas jóvenes
Un equipo internacional de astrónomos que utiliza el telescopio espacial James Webb de la NASA ha obtenido un inventario detallado de los hielos más profundos y fríos medidos 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 de 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.
«Nuestros resultados proporcionan información sobre la etapa química oscura inicial de la formación de hielo en los granos de polvo interestelar que se convertirán en guijarros de un centímetro a partir de los cuales se forman los planetas en discos«, indica Melissa McClure, astrónoma del Observatorio de Leiden en el Países Bajos, quien es el investigador principal del programa de observación y autor principal del artículo que describe este resultado.
«Estas observaciones abren una nueva ventana sobre las vías de formación de las moléculas simples y complejas que se necesitan para fabricar los componentes básicos de la vida«, insiste McClure.
Moléculas más complejas que el metanol
Además de las moléculas identificadas, el equipo encontró evidencia de moléculas más complejas que el metanol y, aunque definitivamente no atribuyeron estas señales a moléculas específicas, esto prueba por primera vez que las moléculas complejas se forman en las heladas profundidades de las nubes moleculares. antes de que nazcan las estrellas.
«Nuestra identificación de moléculas orgánicas complejas, como metanol y potencialmente etanol, también sugiere que muchos sistemas estelares y planetarios que se desarrollan en esta nube en particular heredarán moléculas en un estado químico bastante avanzado«, agrega Will Rocha, astrónomo del Observatorio de Leiden que contribuyó a este descubrimiento.
«Esto podría significar que la presencia de precursores de moléculas prebióticas en los sistemas planetarios es un resultado común de la formación de estrellas, en lugar de una característica única de nuestro propio sistema solar«.
¿Dónde se esconden estos elementos?
Al detectar el sulfuro de carbonilo del hielo que contiene azufre, los investigadores pudieron estimar la cantidad de azufre incrustado en los granos de polvo preestelares helados por primera vez. Si bien la cantidad medida es mayor que la observada anteriormente, aún es menor que la cantidad total que se espera que esté presente en esta nube, según 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, materiales similares al hollín o rocas. La cantidad de CHONS en cada tipo de material determina cuánto de estos elementos acaban en las atmósferas de los exoplanetas y cuánto en sus interiores.
«El hecho de que no hayamos visto todos los CHONS que esperábamos puede indicar que están encerrados en más materiales rocosos o con hollín que no podemos medir«, explica McClure. «Esto podría permitir una mayor diversidad en la composición general de los planetas terrestres«.
La nube molecular Chamaeleon I
La caracterización química de estos hielos se logró estudiando cómo la luz de las estrellas más allá de la nube molecular fue absorbida por las moléculas heladas dentro de la nube en longitudes de onda infrarrojas específicas visibles para Webb.
Este proceso deja huellas químicas conocidas como líneas de absorción que pueden compararse con datos de laboratorio para identificar qué hielos están presentes en la nube molecular. En este estudio, el equipo apuntó a los hielos enterrados en una región particularmente fría, densa y difícil de investigar de la nube molecular Chamaeleon I, una región a unos 650 años luz de la Tierra, que actualmente se encuentra en proceso de formación de docenas de jóvenes estrellas.
Una región de formación de estrellas
«Simplemente no podríamos haber observado estos hielos sin Webb«, comenta Klaus Pontoppidan, científico del proyecto Webb en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland, quien participó en esta investigación. «Los hielos aparecen como depresiones contra un continuo de luz estelar de fondo. En regiones que son así de frías y densas, gran parte de la luz de la estrella de fondo está bloqueada, y la sensibilidad exquisita de Webb fue necesaria para detectar la luz estelar y, por lo tanto, identificar los hielos en la nube molecular«.
Este video presenta una nueva imagen de la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) del telescopio espacial James Webb de NASA/ESA/CSA, que muestra la región de formación estelar de baja masa Chameleon I. Crédito: ESA/Webb, NASA, CSA, STScI, M. K. McClure , F. Sun, Z. Smith, el equipo ERS de Ice Age, N. Bartmann (ESA/Webb) y M. Zamani (ESA/Webb) Música: Stellardrone – Crepúsculo.
El proyecto Ice Age
Esta investigación forma parte del proyecto Ice Age, uno de los 13 programas de ciencia de lanzamiento temprano de Webb. Estas observaciones están diseñadas para mostrar las capacidades de observación de Webb y permitir que la comunidad astronómica aprenda a sacar el máximo partido de sus instrumentos. El equipo de Ice Age ya ha planeado más observaciones y espera rastrear el viaje de los hielos desde su formación hasta el ensamblaje de los cometas helados.
«Esta es solo la primera de una serie de instantáneas espectrales que obtendremos para ver cómo evolucionan los hielos desde su síntesis inicial hasta las regiones de formación de cometas de los discos protoplanetarios«, concluye McClure. «Esto nos dirá qué mezcla de hielos, y por lo tanto qué elementos, pueden eventualmente ser entregados a las superficies de los exoplanetas terrestres o incorporados a las atmósferas de los planetas gigantes de gas o hielo«.
Estos resultados fueron publicados en Nature Astronomy.
