La luz azul de una estrella recién nacida ilumina la nebulosa de reflexión IC 2631. Esta nebulosa es parte de la región de formación de estrellas Chamaeleon, que Webb estudiará para aprender más sobre la formación de agua y otros hielos cósmicos. Crédito:Observatorio Europeo Austral (ESO)
El agua es fundamental para la vida, pero ¿cómo se hace el agua? Cocinar algo de H2O requiere más que mezclar hidrógeno y oxígeno. Requiere las condiciones especiales que se encuentran en las profundidades de las frígidas nubes moleculares, donde el polvo protege contra la destructiva luz ultravioleta y ayuda a las reacciones químicas. El telescopio espacial James Webb de la NASA observará estos depósitos cósmicos para obtener nuevos conocimientos sobre el origen y la evolución del agua y otros bloques de construcción clave para los planetas habitables.
Una nube molecular es una nube interestelar de polvo, gas, y una variedad de moléculas que van desde el hidrógeno molecular (H2) hasta el complejo, orgánicos que contienen carbono. Las nubes moleculares contienen la mayor parte del agua del universo, y sirven como guarderías para las estrellas recién nacidas y sus planetas.
Dentro de estas nubes en la superficie de diminutos granos de polvo, Los átomos de hidrógeno se enlazan con el oxígeno para formar agua. El carbono se une al hidrógeno para producir metano. El nitrógeno se une al hidrógeno para crear amoníaco. Todas estas moléculas se adhieren a la superficie de las motas de polvo, acumulando capas de hielo durante millones de años. El resultado es una vasta colección de "copos de nieve" que son arrastrados por planetas infantiles, entregando materiales necesarios para la vida tal como la conocemos. "Si podemos comprender la complejidad química de estos hielos en la nube molecular, y cómo evolucionan durante la formación de una estrella y sus planetas, entonces podemos evaluar si los componentes básicos de la vida deberían existir en cada sistema estelar, "dijo Melissa McClure de la Universiteit van Amsterdam, el investigador principal en un proyecto de investigación para investigar los hielos cósmicos.
Para comprender estos procesos, Uno de los proyectos de Ciencia de Liberación Temprana Discrecional del Director de Webb examinará una región cercana de formación de estrellas para determinar qué hielos están presentes y dónde. "Planeamos utilizar una variedad de modos y capacidades de instrumentos de Webb, no solo para investigar esta región, sino también para aprender la mejor manera de estudiar los hielos cósmicos con Webb, "dijo Klaus Pontoppidan del Space Telescope Science Institute (STScI), investigador del proyecto de McClure. Este proyecto aprovechará los espectrógrafos de alta resolución de Webb para obtener las observaciones más sensibles y precisas en longitudes de onda que miden específicamente los hielos. Espectrógrafos de Webb, NIRSpec y MIRI, proporcionará una precisión hasta cinco veces mayor que cualquier telescopio espacial anterior en longitudes de onda del infrarrojo cercano y medio.
En esta animación volamos hacia un disco protoplanetario que rodea a una estrella joven. Dentro del disco, Los diminutos granos de polvo acumulan capas de hielo durante miles de años. Estos copos de nieve cósmicos son barridos formando planetas, entregando ingredientes clave para la vida. Crédito:NASA / JPL-Caltech / R. Herir
Estrellas infantiles y cunas de cometas
El equipo, dirigido por McClure y los co-investigadores principales Adwin Boogert (Universidad de Hawaii) y Harold Linnartz (Universiteit Leiden), planea apuntar al Complejo Camaleón, una región de formación de estrellas visible en el cielo del sur. Se encuentra a unos 500 años luz de la Tierra y contiene varios cientos de protoestrellas, los más antiguos tienen alrededor de 1 millón de años. "Esta región tiene un poco de todo lo que estamos buscando, "dijo Pontoppidan.
El equipo utilizará los sensibles detectores infrarrojos de Webb para observar estrellas detrás de la nube molecular. Como luz de los débiles, las estrellas de fondo atraviesan la nube, los hielos de la nube absorberán parte de la luz. Al observar muchas estrellas de fondo esparcidas por el cielo, Los astrónomos pueden mapear hielos dentro de toda la extensión de la nube y localizar dónde se forman los diferentes hielos. También apuntarán a protoestrellas individuales dentro de la propia nube para aprender cómo la luz ultravioleta de estas estrellas nacientes promueve la creación de moléculas más complejas.
Los astrónomos también examinarán los lugares de nacimiento de los planetas, discos giratorios de gas y polvo conocidos como discos protoplanetarios que rodean a las estrellas recién formadas. Podrán medir la cantidad y abundancia relativa de hielos a tan solo 5 mil millones de millas de la estrella infantil, que se trata de la distancia orbital de Plutón en nuestro sistema solar.
"Los cometas se han descrito como bolas de nieve polvorientas. Al menos una parte del agua de los océanos de la Tierra probablemente se debió a los impactos de los cometas en las primeras etapas de la historia de nuestro sistema solar. Observaremos los lugares donde los cometas se forman alrededor de otras estrellas, "explicó Pontoppidan.
Este espectro simulado del telescopio Webb ilustra los tipos de moléculas que pueden detectarse en regiones de formación de estrellas como la Nebulosa del Águila (al fondo). Crédito:NASA, ESA, el equipo de Hubble Heritage, y M. McClure (Universiteit van Amsterdam) y A. Boogert (Universidad de Hawaii)
Experimentos de laboratorio
Para comprender las observaciones de Webb, los científicos deberán realizar experimentos en la Tierra. Los espectrógrafos de Webb extenderán la luz infrarroja entrante en un espectro de arco iris. Diferentes moléculas absorben luz en ciertas longitudes de onda, o colores, resultando en líneas espectrales oscuras. Los laboratorios pueden medir una variedad de sustancias para crear una base de datos de "huellas digitales" moleculares. Cuando los astrónomos ven esas huellas dactilares en un espectro de Webb, luego pueden identificar la molécula o familia de moléculas que crearon las líneas de absorción.
"Los estudios de laboratorio ayudarán a abordar dos preguntas clave. La primera es qué moléculas están presentes. Pero igualmente importante, veremos cómo llegaron los hielos. ¿Cómo se formaron? Lo que encontremos con Webb ayudará a informar nuestros modelos y nos permitirá comprender los mecanismos de formación de hielo a temperaturas muy bajas. "explicó Karin Öberg del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, un investigador del proyecto.
"Se necesitarán años para extraer por completo los datos que salen de Webb, "Añadió Öberg.
El telescopio espacial James Webb será el principal observatorio espacial infrarrojo del mundo de la próxima década. Webb ayudará a la humanidad a resolver los misterios de nuestro sistema solar, mira más allá a mundos distantes alrededor de otras estrellas, y sondear las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un proyecto internacional liderado por la NASA con sus socios, ESA (Agencia Espacial Europea) y CSA (Agencia Espacial Canadiense).
