Miguel Pereira Santaella, Investigador asociado en el Departamento de Física de la Universidad de Oxford, analiza su trabajo recién publicado que observa transiciones de agua nunca antes vistas en el espacio. Explica cómo el descubrimiento ayudará a los científicos a responder grandes preguntas planetarias y construir una comprensión más precisa del universo.

De las nubes a los ríos y de los glaciares a los océanos, el agua está en todas partes de la Tierra. Lo que es menos conocido aunque, es lo abundante que es la molécula en el espacio.

A diferencia de la Tierra, la mayor parte del agua en el espacio toma la forma de vapor o forma mantos de hielo adheridos a granos de polvo interestelar. Esto se debe a que la densidad extremadamente baja del espacio interestelar, que es billones de veces menor que el aire, previene la formación de agua líquida. el nacimiento de formaciones estelares puede decirnos cómo se comporta el Universo. Pero, Dado que la única forma de estudiarlos en entornos tan oscurecidos por el polvo es a través de la luz infrarroja, detectar transiciones de agua capaces de detectar esta luz, es de vital importancia.

Las moléculas de agua experimentan niveles fluctuantes de energía cuántica. Esta actividad nos permite observarlos y se conoce como transición de agua. El término se refiere al mejor punto para la observación científica, que es la longitud de onda exacta a la que las moléculas de agua pasan de un estado cuántico a otro, emitiendo luz y aumentando su visibilidad a medida que lo hacen.

La mayoría de estas transiciones no son muy energéticas por lo que aparecen en los rangos del infrarrojo lejano y submilimétrico del espectro electromagnético. con longitudes de onda diminutas (que van desde 50 μm y 1000 μm (1 mm)). Observar estas transiciones de agua desde el suelo es muy difícil porque el vapor espeso en la atmósfera de la Tierra bloquea casi por completo la emisión de la vista.

Las mejoras en la tecnología y el desarrollo de súper telescopios ofrecen una puerta de entrada cada vez mayor al universo, y las percepciones planetarias se están moviendo a un ritmo rápido. Ahora podemos detectar las transiciones del agua de formas que antes no podíamos. Se ven mejor desde observatorios telescópicos situados a gran altura, en sitios extremadamente secos. Tal como, el Atacama Large Millimeter Array (ALMA), que se encuentra en el desierto de Atacama (Chile) a 5000 m sobre el nivel del mar.

En nuestro estudio publicado en Astronomía y Astrofísica , usamos ALMA y detectamos la transición de agua (670 μm) en el espacio, por primera vez. Las moléculas fueron detectadas en una galaxia espiral cercana (a 160 millones de años luz de distancia) en un punto donde el Universo está enormemente expandido. y, por tanto, la atmósfera es más transparente (desplazada al rojo a 676 μm).

La emisión de vapor de agua en esta galaxia se origina en su núcleo, en su núcleo, donde tiene lugar la mayor parte de la formación de estrellas. Para darte una idea de lo enorme que es esta galaxia, el núcleo contiene una cantidad equivalente de agua 30 billones de veces la de los océanos de la Tierra combinados, y tiene un diámetro de 15 millones de veces la distancia de la Tierra al Sol.

Entonces, ¿qué diferencia a esta transición de agua de otras observadas en el pasado? Nuestro análisis reveló que estas moléculas de agua intensifican su tasa de emisión cuando entran en contacto con fotones de luz infrarroja. Este aumento de actividad facilita a los científicos su observación. Las moléculas de agua se sienten más atraídas por los fotones con longitudes de onda específicas de 79 y 132 μm, cuales, cuando se absorbe, fortalecer el esquema de la transición, aumentando así su visibilidad. Por esta razón, esta transición de agua específica tiene la capacidad de mostrarnos la intensidad de la luz infrarroja en el núcleo de las galaxias, a escalas espaciales mucho más pequeñas que las permitidas por las observaciones infrarrojas directas.

La luz infrarroja se produce durante eventos como el crecimiento de agujeros negros supermasivos o explosiones extremas de formación de estrellas. Estos eventos generalmente ocurren en ambientes extremadamente oscuros donde la luz óptica es absorbida casi por completo por los granos de polvo. La energía absorbida por los granos aumenta su temperatura y comienzan a emitir radiación térmica en el infrarrojo.

La captura de estos eventos puede decirnos mucho sobre cómo se comporta el Universo. Pero, Dado que la única forma de estudiarlos en entornos tan oscurecidos por el polvo es a través de la luz infrarroja, detectar transiciones de agua que capturan esta luz infrarroja, Es vital.

En el futuro, planeamos observar esta transición de agua en más galaxias donde el polvo bloquea toda la luz óptica. Esto revelará lo que se esconde detrás de estas pantallas de polvo y nos ayudará a comprender cómo evolucionan las galaxias a partir de espirales de formación de estrellas. como la Vía Láctea, a galaxias elípticas muertas donde no se forman nuevas estrellas.