Hallan extraño hielo «OH» colgante en el espacio, por primera vez fuera del laboratorio
Observando el interior de Chamaeleon I, una zona del espacio conocida como guardería de estrellas, el JWST ha detectado un espectro de hielo con moléculas de agua unidas solo parcialmente en su interior. Esto se conoce como “OH colgante” y es un indicador de la presencia de moléculas de agua que no se han unido a todas sus vecinas, como puede ocurrir cuando el hielo es impuro o poroso.
Según el folclore urbano, la lengua inuit tiene docenas de nombres para el hielo y la nieve, lo que refleja su ubicuidad en la vida de sus hablantes. Puede que esta afirmación no sea cierta, pero los científicos han clasificado una gran cantidad de tipos diferentes de hielo de agua, tan variadas son las formas en que el curioso hielo de agua se convierte en hielo.2La molécula O puede organizarse por sí sola. Se han encontrado señales de varias de ellas fuera de la Tierra.
Un tipo de hielo se produce cuando el hielo forma superficies rugosas a una escala muy pequeña y algunas moléculas se unen con menos de las cuatro vecinas máximas, lo que se conoce como «OH colgante» porque queda pendiente un enlace potencial. El OH colgante se produce con mayor frecuencia cuando el agua se asienta sobre la superficie del hielo hecho de una mezcla de H2O y otras moléculas. Este tipo de hielo se ha creado en laboratorios, lo que permite a los astrónomos observar el espectro que se produce cuando la luz brilla a través de él. Desde la década de 1990, se ha buscado el mismo espectro con telescopios, pero fue necesario el JWST para encontrarlo.
Siempre iba a ser difícil encontrar la señal del hielo OH colgante porque las partes distintivas del espectro que produce están bloqueadas en gran medida por nuestra atmósfera. Los telescopios espaciales anteriores al JWST que operaban en el infrarrojo aparentemente carecían de la sensibilidad y la resolución necesarias para encontrar ejemplos.
Sin embargo, los astrónomos persistieron porque la presencia de hielo de OH colgante indica granos de hielo «esponjosos» altamente porosos, que se cree que desempeñan un papel clave en el proceso de formación planetaria. Los espectros tomados por el JWST de Chamaeleon I revelan líneas de absorción en longitudes de onda de 2,703 y 2,753 μm (firmas previamente identificadas de OH colgante) en varias ubicaciones.
Un cristal de hielo poroso con un esquema de moléculas de agua y parte del espectro infrarrojo del Chamealeon I con depresiones vinculadas a sus presuntos colgantes.
Crédito de la imagen: © NASA, ESA, CSA y M. Zamani (ESA/Webb); Ciencia: MK McClure (Universidad de Leiden), F. Sun (Observatorio Steward), Z. Smith (Universidad Abierta) y el equipo Ice Age ERS.
El equipo detrás del descubrimiento sospecha que la línea de 2,703 μm es producida por gotitas en granos de hielo de agua casi pura, mientras que la de 2,753 μm proviene de hielo con impurezas considerables, probablemente monóxido de carbono o dióxido de carbono congelado.
“La detección de la característica de los enlaces de agua colgando en los mantos de hielo demuestra la importancia de la astrofísica de laboratorio para interpretar los datos del JWST”, afirmó la Dra. Barbara Michela Giuliano del Instituto Max Plack en un comunicado. “La información detallada sobre las propiedades físicas de los hielos observados aún requiere un amplio apoyo del laboratorio para desentrañar las propiedades espectrales observadas en las regiones densas del medio interestelar y los discos protoplanetarios”.
“La alta sensibilidad del JWST, junto con los impresionantes avances en astrofísica de laboratorio, finalmente nos está permitiendo estudiar en detalle la estructura física y la composición química de los hielos interestelares”, afirmó la profesora Paola Caselli. “Esto es crucial para proporcionar restricciones estrictas a los modelos químicos y dinámicos, necesarios para reconstruir nuestra historia astroquímica, desde las nubes interestelares hasta los discos protoplanetarios y los sistemas estelares como el nuestro. Es emocionante ser parte de este esfuerzo”.
Los granos de hielo esponjosos permiten que una mayor variedad de moléculas se adhieran a su superficie y, por lo tanto, que se produzca una química más compleja mucho antes de que se haya formado ningún planeta. Esto es coherente con el descubrimiento de espectros de sustancias químicas que a veces han sorprendido por su complejidad. Al confirmar la presencia de OH colgando y, por lo tanto, de los granos esponjosos en Chamaeleon I, Giuliano, Caselli y coautores han proporcionado una característica crucial que se incorporará a los modelos de la evolución de los discos protoplanetarios.
Tras haber logrado este avance, los autores esperan ir más allá y explorar patrones de dónde se observa y dónde no el OH colgante, así como rastrear diferentes tipos a partir de diferencias sutiles en la longitud de onda.
El estudio se publica en la revista Nature Astronomy.
