Ciencia.-Webb ilumina la estructura del hielo interestelar

El telescopio espacial Webb ha permitido investigar profundamente los núcleos de las nubes moleculares densas, revelando detalles del hielo interestelar que antes no se podían observar.

El estudio se centró en la región Chamaeleon I, utilizando el instrumento NIRCam para medir líneas espectroscópicas hacia cientos de estrellas detrás de la nube. Por primera vez, se han detectado características espectroscópicas débiles conocidas como «OH colgante», que indican que las moléculas de agua no están completamente unidas al hielo.

Estas características podrían rastrear la porosidad y la modificación de los granos de hielo a medida que evolucionan desde nubes moleculares a discos protoplanetarios. Este descubrimiento mejora nuestra comprensión de la estructura de los granos de hielo y su papel en la formación de planetas, según los autores.

Gracias a la sensibilidad del telescopio Webb, se pueden investigar hielos en las profundidades de los núcleos de las nubes densas, donde la extinción es tan alta que eludía a los observatorios anteriores. Estas líneas de visión son el eslabón perdido entre la formación inicial de hielos en las superficies de los granos de polvo en las nubes moleculares y la agregación de granos de hielo en planetesimales helados, un proceso aún poco comprendido que ocurre en el disco protoplanetario que rodea a una nueva estrella. Observar en profundidad el lugar de nacimiento de las estrellas proporcionará nuevas pistas sobre estas modificaciones de los granos de hielo.

En el programa Ice Age, que se centra en la región Chamaeleon I, una densa región nubosa cercana a nosotros en la Vía Láctea, las observaciones de la parte más densa de la nube con el instrumento NIRCam del telescopio Webb han permitido realizar mediciones espectroscópicas simultáneas de líneas de visión hacia cientos de estrellas detrás de la nube. La luz emitida por estas estrellas interactúa con los granos de hielo a medida que atraviesa la nube antes de ser captada por el gran espejo del JWST y detectada.

Hasta ahora, se habían podido medir las principales características de absorción intensa vinculadas con las principales especies del hielo, a saber, agua, dióxido de carbono, monóxido de carbono, metanol y amoníaco. Gracias al gran tamaño del espejo del telescopio, ahora se pueden medir características mucho más débiles. Estudios en profundidad de las posiciones y perfiles de características espectroscópicas débiles revelan algunas de las condiciones físicas del objeto.

Así, un equipo liderado por el Instituto Max Planck de Fìsica Extraterrestre, ha logrado la primera detección de un conjunto particular de bandas muy débiles vinculadas a solo una pequeña fracción de las moléculas de agua en el hielo. Las características espectroscópicas, llamadas «OH colgante» por los astrofísicos de laboratorio que las han medido en hielos de laboratorio durante décadas, corresponden a moléculas de agua que no están completamente unidas al hielo y podrían rastrear superficies e interfaces dentro de los granos helados, o cuando el agua está íntimamente mezclada con otras especies moleculares en el hielo.

Las características de «OH colgante» se encuentran en una región espectral que es inaccesible desde el suelo y, por lo tanto, si bien se han buscado activamente desde la década de 1990, los observatorios espaciales anteriores que cubrían ese rango espectral carecían de la combinación de resolución espectral y sensibilidad requerida para detectarlas, proporcionando solo límites superiores.

Estas señales se puedne utilizar para rastrear la modificación de los granos de hielo en el camino hacia la formación de planetas. Desde hace tiempo se ha anticipado que, si se detectan, estas señales podrían usarse para rastrear la porosidad de los hielos, es decir, su presencia indicaría granos «esponjosos» con alta porosidad, mientras que su ausencia indicaría compactación y agregación. Aunque esta interpretación simple sigue siendo objeto de debate, la detección exitosa de estas señales ahora significa que podemos buscarlas en diferentes entornos y en diferentes momentos durante el proceso de formación estelar para determinar si se pueden usar o no como un rastreador de cómo evoluciona el hielo en diferentes condiciones.

«La detección de la característica de los enlaces colgantes de agua en los mantos de hielo demuestra la importancia de la astrofísica de laboratorio para interpretar los datos del James Webb», afirma en un comunicado Barbara Michela Giuliano, una de las autoras.

Este estudio muestra que, en la nube, hay granos de hielo potencialmente «esponjosos», lo que afecta la química que puede ocurrir en estas regiones y, por lo tanto, el grado de complejidad química que puede acumularse. El descubrimiento también abre una nueva ventana en el estudio de la formación de planetas ya que, en última instancia, estas características espectrales nos permiten construir una idea de la distribución espacial y la variación de los hielos, así como de cómo evolucionan en su viaje desde las nubes moleculares a los discos protoplanetarios y a los planetas.