La mayor parte del agua del universo tiene la forma típica de la conocida fórmula química H2O, con dos átomos de hidrógeno y otro de oxígeno. Pero también hay agua que toma la forma menos común llamada “agua pesada“, conocida también como agua deuterada (HDO) u óxido de deuterio (D2O). El ratio existente entre el H2O y el HDO representa una característica única que puede revelar el pasado del agua a través de los viveros estelares, que son nubes de gas que en un momento dado engendraron sistemas de estrellas con su respectivos planetas.
“La relación HDO/H2O es una herramienta muy importante, ya que contiene la información acerca de las condiciones y los mecanismos de formación del agua”, dice Audrey Coutens, investigadora postdoctoral en astrofísica y ciencia planetaria en la Universidad de Copenhage.
Atendiendo a los ratios del agua, Coutens y sus colegas han estado intentando expandir su conocimiento respecto a un vivero estelar concreto llamado G34.26+0.15. El objetivo de sus últimas investigaciones es una región del espacio que es muy propicia para la formación de estrellas de una masa muchísimo mayor que la de nuestro Sol. Los procesos que llevan a la formación de estas estrellas tan inmensas aún no se conocen en su totalidad.
| Región G34.26+0.15 y sus emisiones |
Huellas interestelares
Este nuevo estudio trata de arrojar luz sobre la formación de estrellas masivas a través del cambio del ratio del agua en las regiones donde se forman, tales como la G34. Para ello se necesitan telescopios terrestres y espaciales capaces de detectar la luz característica del agua y de otros químicos de la región G34, a una distancia de 11 años luz de la Tierra.
Tal vez la información telescópica más relevante provenga del Telescopio Espacial europeo Herschel, que finalizó su misión científica en 2013. Como observatorio espacial, el Herschel era capaz de captar la luz infrarroja no filtrada por la atmósfera terrestre de lejanas regiones de formación de estrellas. El telescopio era capaz de observar agua y otras moleculas químicas en el espacio basándose en sus emisiones lumínicas mediante el espectrómetro HIFI, un instrumento que puede detectar ondas de luz y mostrarlas como líneas espectrales, haciendo estas las veces de “huellas dactilares” de cada molécula.
| Telescopio Espacial Herschel |
Utilizando tanto los telescopios terrestres como el Herschel, el equipo de investigadores ha detectado 10 líneas espectrales de HDO (utilizadas para obtener la abundancia de HDO) y 3 de H218O (para obtener la abundancia de H2O). Algunas de las líneas no necesitaron de mucha energía para ser excitadas, emitiendo sus huellas en las regiones frías de G34. Otras requirieron de las mayores temperaturas de la zona interna de la G34, bastante más caliente, para revelar sus huellas.
“Para determinar la distribución de agua es importante tener un gran número de líneas espectrales con varios niveles de excitación para sondear las diferentes regiones”, dice Coutens.
Los perfiles de las líneas espectrales revelan detalles del movimiento, la temperatura y otras características de las mencionadas moléculas. Las líneas más anchas indican una mayor temperatura o una turbulencia, explica Coutens. Las líneas más brillantes tienen como significado una mayor abundancia de moléculas.
Simulando viveros estelares
Los investigadores compararon las observaciones de los telescopios de la región de formación de estrellas masivas G34 con sus propias simulaciones realizadas por ordenador. Dichas simulaciones suponían que la región G34 tiene una forma aproximadamente esférica, con un núcleo interno caliente donde la temperatura y la densidad son las más altas, rodeado a su vez de un núcelo externo más frío.
“En realidad, es muy probable que se trate de algo más complejo que una simple esfera”, dice Coutens. “Pero esta simplificación nos ayuda a hacernos una idea de cómo se distribuye el agua a través estas funtes de creación de masa “.
| Vivero estelar |
Los resultados del estudio revelaron que el ratio HDO/H2O descendió con el tiempo dentro del núcleo caliente de G34, a medida que varios elementos químicos destruían y reconstruían moléculas de agua. En comparación, la relación HDO/H2O es mayor en el núcleo frío externo de la G34. Dichos resultados sugieren grandes similitudes en la distribución de agua entre las regiones de alta densidad de formación de estrellas y aquellas con una baja densidad de formación, debido a que en estas últimas también se ha reducido el ratio HDO/H2O en el núcleo interno, a la vez que ha aumentado en el núcleo externo.
“Vemos una disminución del ratio HDO/H2O en las regiones interiores comparadas con las regiones exteriores. Es la primera vez que esta tendencia ha sido mostrada en una región de generación de estrellas”, dice Coutens.
Mirando a las estrellas
Los hallazgos relacionados con la G34 podrían impulsar el entendimiento científico de la química interestelar responsable de la creación de agua en regiones de formación de estrellas masivas. También ha ayudado a refinar las simulaciones utilizadas para predecir la distribución de agua en el universo. Aún así, los investigadores todavía necesitan estudiar más ejemplos de regiones similares para asegurarse de que la región G34 es una muestra representativa de los viveros estelares masivos, y no una excepción.
Por el momento, afortunadamente, la información fluye en abundancia tanto desde los observatorios espaciales como desde los instrumentos terrestres. Coutens y sus colegas tienen acceso a la información de otros 5 o 6 viveros estelares acumulada por el espectrómetro HIFI del Telescopio Espacial Herschel antes de que este dejara de estar activo.
| Componentes que forman el Herschel (entre ellos el espectrómetro HIFI) |
“Tenemos más observaciones de HDO provenientes de unas cuantas regiones de formación de estrellas, pero el modelado de transferencia radiativa lleva mucho tiempo”, dice Coutens. “Por tanto, necesitamos más tiempo si esta tendencia está también presente en estas regiones”.
Existen alternativas a estudiar la distribución de agua en las cálidas regiones interiores de los viveros estelares. Este trabajo podría ser realizado por el poderoso despliegue de antenas de interferómetro de las instalaciones del telescopio ALMA en los Andes chilenos, o el Plateau de Bure Interferometer situado en los Alpes franceses.
| Atacama Large Millimeter Array (ALMA) |
| Plateau de Bure Millimetre Interferometer |
