Seguir la estela química desde las nubes de formación estelar hasta los discos de formación planetaria
Los nuevos sistemas planetarios se forman en los discos rotatorios de gas y polvo que hay alrededor de estrellas jóvenes. Estos pequeños discos contienen menos del 1 % de la masa de la nube principal que colapsó y formó el sistema, de ahí su dificultad de observación, que requiere instrumentos con una resolución espacial alta. El proyecto CHEMPLAN (Astrochemistry and the Origin of Planetary Systems) financiado por el CEI aprovechó los datos generados por el nuevo Gran Conjunto Milimétrico/submilimétrico de Atacama, ALMA para analizar la composición química en un completo rango de temperaturas en estas regiones, a partir de 10-1000 K El proyecto consiguió definir las características de la estructura física y química de las nubes de formación estelar y los discos de formación planetaria con una nitidez sin precedentes, a escalas comparables a nuestro propio sistema solar. Asimismo, vinculó su composición química con la de los sistemas cometarios y exoplanetarios, lo que sugiere que las moléculas, que no cambiaron sustancialmente en el trayecto hacia el disco y el cometa, tienen su origen en una nube presolar. Triángulo integrado de observaciones, modelización y experimentos de laboratorio El inicio de CHEMPLAN coincidió con el de ALMA, un conjunto de cincuenta y cuatro telescopios en una planicie a gran altitud de Chile. ALMA ha demostrado ser especialmente adecuado para encontrar moléculas en regiones cercanas de formación estelar. Además, estudió grandes cantidades de discos rápidamente a fin de determinar su estructura y su potencial para formar nuevos planetas. «ALMA hace en un minuto lo que un conjunto de telescopios anteriores a ALMA hacía en una noche. Siempre que se recibe un nuevo conjunto de datos de ALMA, es como desenvolver un regalo de Navidad», afirma la profesora Ewine van Dishoeck, coordinadora del proyecto. A fin de analizar los datos de ALMA, CHEMPLAN necesitaba modelos de cinética química y experimentos de laboratorio para estudiar las reacciones químicas básicas en hielo en condiciones parecidas a las del espacio. En lo que respecta a la modelización, se cuantificó la supervivencia de las moléculas desde las nubes hasta los discos, con los consiguientes cambios químicos en el disco. Por ejemplo, el equipo mostró cómo las relaciones C/O y C/N (relación total del carbono/oxígeno y del carbono/nitrógeno) dependen de parámetros físicos, como la temperatura y el factor de ionización. Además, la química del disco se asoció posteriormente con modelos de formación planetaria que mostraron la importancia de la acumulación de gas en comparación con la acumulación de hielo en la creación de relaciones C/O en atmósferas exoplanetarias. Los experimentos de laboratorio han demostrado ser importantes para explicar la detección de ALMA de moléculas orgánicas complejas, como azúcares y amidas, en un disco joven que gira alrededor de una protoestrella análoga solar, así como de sus procesos de formación en hielo. Otro resultado importante fue la detección, por primera vez, de una barrera de polvo en un disco circunestelar, la estructura en la que se van a formar planetesimales. «Estos hallazgos sugieren que la formación planetaria comienza antes de lo que se pensaba y que la presencia de agua y moléculas prebióticas es abundante. Ambos hallazgos contribuyen a nuestro intento de responder a las preguntas más fundamentales: ¿de dónde venimos? ¿podría haber vida en otras partes del universo?», comenta la profesora van Dishoeck. Para seguir avanzando en el trabajo, el equipo llevará a cabo más análisis espectrales, más detallados, de discos jóvenes para investigar la prevalencia de los actuales hallazgos solo para algunos sistemas. Además, vincularán las observaciones del telescopio espacial James Webb de las regiones internas de los discos protoplanetarios con la composición del disco externo y de la atmósfera exoplanetaria. Asimismo, los investigadores seguirán ajustando los datos moleculares subyacentes necesarios para entender la estela química desde las nubes hasta los discos.
Palabras clave
CHEMPLAN, ALMA, interestelar, Universo, molécula, astronomía, protoestrellas, sistema solar, planetas, estrellas, cometas, exoplanetas, espacio