Nuestros compañeros Javier R. Goicoechea y Alexandre Zanchet, del Departamento de Astrofísica Molecular del IFF, han participado de manera relevante en un estudio, publicado en la revista Nature Astronomy, que arroja luz sobre la destrucción y nueva formación de grandes cantidades de vapor de agua en un sistema protoplanetario localizado en el corazón de la Nebulosa de Orión, un entorno cuyas condiciones serían parecidas a las que se formó nuestro Sistema Solar. Las observaciones han sido realizadas con el Telescopio Espacial James Webb (JWST) en el marco del Programa de Ciencia Temprana PDRs4All, uno de los 13 programas internacionales seleccionados por la NASA para demostrar las capacidades del telescopio espacial.

El estudio, realizado a partir de observaciones espectroscópicas en el infrarrojo medio y cercano (instrumentos MIRI-MRS y NIRSpec, respectivamente), revela aspectos inéditos sobre el ciclo de destrucción y formación del vapor de agua en el disco protoplanetario d203-506:

  1. Detección del radical hidroxilo (OH) en d203-506 por exposición del vapor de agua a la radiación ultravioleta (UV), procedente de estrellas jóvenes masivas del cúmulo del Trapecio, en particular, de su estrella más brillante, Theta 1 Orionis C. Dicha radiación provocaría la destrucción, por fotodisociación, del vapor de agua,  H2O + UV → OH + H, en cantidades equivalentes al contenido molecular en agua de los océanos terrestres ¡en un solo mes! (5 × 1046 moléculas de agua).
  2. Simultáneamente, el vapor de agua se volvería a formar de manera eficiente, mediante las reacciones químicas O + H2 → OH + H y OH + H2 →  H2O + H, a altas temperaturas, mayores que 300K.
  3. El mecanismo de destrucción y formación de vapor de agua en estos sistemas protoplanetarios iluminados por radiación UV, a través de la ruta O ⇄ OH ⇄ H2O (fotoquímica en fase gaseosa), podría explicar la menor abundancia relativa de deuterio (D/H) observada en el agua de los océanos terrestres frente a los valores más elevados observados en hielos de cometas del Sistema Solar y en el Medio Interestelar (química de hielos a bajas temperaturas).

El estudio realizado, en el que también han participado químicos teóricos de la Universidad Complutense de Madrid, combina las observaciones mencionadas, con cálculos detallados de dinámica cuántica aplicados a la reacción O + H2 → OH + H. El análisis multidisciplinar de los resultados del JWST es esencial para explotar las capacidades únicas del telescopio espacial. ¡Enhorabuena Javier y Alex!

Información complementaria

Nature Astronomy – Zannese, M., Tabone, B., Habart, E., Goicoechea, J. R., Zanchet, A. et al. OH as a probe of the warm-water cycle in planet-forming disks. Nature Astronomy (2024).

James Webb Space Telescope Feed Post

Scientific American – JWST Is Tracking Down the Cosmic Origins of Earth’s Water

Le Monde – James Webb Telescope sheds light on the origin of water on Earth

Universidad Complutense de Madrid – El telescopio espacial James Webb, testigo de la destrucción del agua de un océano terrestre al mes en el espacio

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