El telescopio espacial desvela el lado oscuro de la química del hielo preestelar

El descubrimiento de diversos hielos en las regiones más oscuras y frías de una nube molecular medidas hasta la fecha ha sido anunciado por un equipo internacional de astrónomos que utilizan el telescopio espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA. Este resultado permite a los astrónomos examinar las moléculas heladas simples que se incorporarán a los futuros exoplanetas, al tiempo que abre una nueva ventana al origen de moléculas más complejas que son el primer paso en la creación de los componentes básicos de la vida.

Si se quiere construir un planeta habitable, los hielos son un ingrediente vital, ya que son los principales portadores de varios elementos ligeros clave: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre (denominados colectivamente CHONS). Estos elementos son ingredientes importantes tanto de las atmósferas planetarias como de moléculas como azúcares, alcoholes y aminoácidos simples. En nuestro Sistema Solar, se cree que llegaron a la superficie de la Tierra por impactos con cometas o asteroides helados. Además, los astrónomos creen que lo más probable es que estos hielos ya estuvieran presentes en la nube oscura de polvo frío y gas que acabaría colapsando para formar el Sistema Solar. En estas regiones del espacio, los granos de polvo helado proporcionan un escenario único para el encuentro de átomos y moléculas, lo que puede desencadenar reacciones químicas que formen sustancias muy comunes como el agua. Estudios detallados de laboratorio han demostrado además que algunas moléculas prebióticas sencillas pueden formarse en estas condiciones heladas.

Ahora, un equipo internacional de astrónomos que utiliza el telescopio espacial James Webb de la NASA, la ESA y la CSA ha realizado un inventario exhaustivo de los hielos más profundos y fríos medidos hasta la fecha en una nube molecular. El equipo se centró en los hielos enterrados en una región especialmente fría, densa y difícil de investigar de la nube molecular Camaleón I, una región situada a unos 600 años luz de la Tierra que se encuentra actualmente en proceso de formación de docenas de estrellas jóvenes.

Además de hielos simples como el agua, el equipo pudo identificar formas congeladas de una amplia gama de moléculas, desde dióxido de carbono, amoníaco y metano, hasta la compleja molécula orgánica metanol. Se trata del censo más completo hasta la fecha de los ingredientes helados disponibles para formar futuras generaciones de estrellas y planetas, antes de que se calienten durante la formación de estrellas jóvenes. Estos granos helados aumentan de tamaño a medida que son canalizados hacia los discos protoplanetarios de gas y polvo que rodean a estas jóvenes estrellas, permitiendo esencialmente a los astrónomos estudiar todas las moléculas heladas potenciales que se incorporarán a los futuros exoplanetas.

Según Melissa McClure, astrónoma del Observatorio de Leiden, investigadora principal del programa de observación y autora principal del artículo que describe este resultado, "nuestros resultados proporcionan información sobre la etapa inicial de química oscura de la formación de hielo en los granos de polvo interestelar que crecerán hasta convertirse en los guijarros de tamaño centimétrico a partir de los cuales se formarán los planetas en los discos".

Estas observaciones se realizaron con tres instrumentos del JWST, incluido MIRI, desarrollado conjuntamente por la NASA, la ESA y un consorcio europeo. El grupo de Leiden, del que forma parte el profesor Ewine van Dishoeck, también midió espectros de hielo en el laboratorio para compararlos con los datos de observación, lo que permitió identificar las distintas especies de hielo. "La calidad y sensibilidad de estos primeros datos del JWST superan nuestras expectativas: somos capaces de observar fuentes mil veces más débiles de lo que era posible antes. Incluso detectamos la versión 13-C del hielo de_CO2 ", subraya el profesor van Dishoeck, que también es miembro del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE).

Esta investigación forma parte del proyecto Ice Age, uno de los 13 programas Early Release Science' de Webb. Estas observaciones están diseñadas para mostrar las capacidades de observación de Webb y permitir a la comunidad astronómica aprender a obtener lo mejor de sus instrumentos. El equipo de la Edad de Hielo ya ha planificado nuevas observaciones, y espera trazar el viaje de los hielos desde su formación hasta el ensamblaje de los cometas helados.

"Es extremadamente emocionante revelar la composición de los mantos helados de polvo en regiones oscuras y densas de nubes interestelares", añade la profesora Paola Caselli, directora del Centro de Estudios Astroquímicos del MPE, que también participó en el estudio. "Estas regiones son las precursoras de sistemas estelares como el nuestro y al menos parte de estos hielos, incluidas las complejas moléculas orgánicas precursoras de especies prebióticas, llegarán a futuros sistemas planetarios". Por último, gracias al JWST y a los trabajos de IceAge, podemos comparar cuantitativamente las observaciones del hielo interestelar con nuestros modelos químicos detallados de los granos gaseosos. La química de la superficie es la menos comprendida, por lo que estos datos son preciosos". concluye Caselli.