La USAL participa en la investigación internacional que revela la formación y destrucción mensual en el espacio de cantidades de agua equivalentes a un océano terrestre.

El agua es un ingrediente esencial para la aparición de la vida tal y como la conocemos. En la Tierra, la mayor parte del agua de nuestros océanos se ha formado mucho antes del nacimiento del Sistema Solar, en regiones frías del espacio interestelar (-250°C). Sin embargo, una fracción de esta agua podría haberse destruido y vuelto a formar a temperaturas más elevadas (100-500°C) cuando el Sistema Solar era todavía un disco de gas y polvo orbitando alrededor de un joven Sol todavía naciente.

La Universidad de Salamanca, a través de su GIR de Dinámica Molecular, forma parte del equipo internacional que ha arrojado luz sobre la destrucción y formación de una gran cantidad de agua en un disco de formación planetaria situado en el corazón de la nebulosa de Orión. Un descubrimiento enmarcado en el programa PDRs4All1 Early Release Science (ERS) y que ha sido posible gracias a un original enfoque multidisciplinar que combina observaciones del telescopio espacial James Webb (JWST) y cálculos dinámicos cuánticos.

Nature Astronomy acaba de publicar el estudio titulado “OH as a probe of the warm-water cycle in planet-forming disks” en el que, para comprender este enigmático reciclaje de agua, “los astrónomos han apuntado el telescopio espacial JWST hacia d203-506, un disco de formación planetaria situado en la nebulosa de Orión, un vivero de sistemas planetarios que se cree semejante al sistema solar primitivo”, explican desde el GIR de Dinámica Molecular a Comunicación USAL. La intensa radiación ultravioleta producida por las estrellas masivas conduce a la destrucción y reformación del agua en d203-506, “convirtiéndolo en un auténtico laboratorio interestelar”.

Zannese, M., Tabone, B., Habart, E. et al. OH as a probe of the warm-water cycle in planet-forming disks. Nat Astron (2024). https://doi.org/10.1038/s41550-024-02203-0

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Estudiar moléculas a 1.000 años luz

Pero, ¿cómo se puede observar la formación y destrucción de moléculas situadas a más de 1.000 años luz de nosotros? La colaboración de astrofísicos de Paris, Leiden y Madrid con expertos en Química y Dinámica Cuántica de Leiden, Madrid y del GIR de Dinámica Molecular de la Universidad de Salamanca (con la destacada participación de la investigadora predoctoral Anzhela Veselinova), fue la clave para superar este reto.

Cuando el agua (H2O) es destruida por la luz ultravioleta “se libera una molécula del radical hidroxilo (OH) con un movimiento de rotación vertiginoso, seguido de la emisión de radiación que viaja hasta el JWST”, explican. “Las líneas de rotación infrarroja del OH altamente excitadas son reveladoras de la destrucción del H2O por la radiación FUV”.

El consorcio de investigación, coordinado por la Universidad Paris-Saclay, estimó que, en total, cada mes se destruye el equivalente a un océano terrestre en el joven sistema d203-506. Pero esta destrucción de agua no explica del todo el espectro observado y es precisamente ahí donde los investigadores de la USAL jugaron un papel fundamental.

Incluyendo en la simulación el radical hidroxilo generado mediante la reacción entre oxígeno atómico e hidrógeno molecular, los cálculos de dinámica cuántica realizados en Salamanca y Madrid permitieron explicar totalmente el espectro. Esta reacción origina hidroxilo en estados vibracionales excitados, “los cuales nunca habían sido observados en el espacio hasta ahora”, subrayan. Así, el hidroxilo generado por esta vía dará lugar a la formación de nuevas moléculas de agua.

Los resultados de la investigación muestran que a altas temperaturas y en presencia de radiación el agua se destruye y se reforma eficientemente mediante reacciones en fase gaseosa. En palabras de los científicos de la USAL, “el ciclo se ha cerrado. Parte del agua que compone nuestros océanos podría haber pasado por un ciclo semejante”, concluyen.