El agua de la Tierra es más vieja que el Sol

Autor: Alberto González Fairén

La mayoría del agua del Sistema Solar se originó antes de la formación del Sol.

Identificar el origen del agua sobre la Tierra es esencial para entender cómo se originan los entornos habitables y para predecir cómo de abundantes pueden ser en el Universo. En el Sistema Solar, el agua no se encuentra únicamente sobre la Tierra: también existe en cometas, meteoritos y lunas heladas, en algunos cráteres oscuros de Mercurio y tal vez incluso de nuestra Luna; y sabemos que fue mucho más abundante en el pasado en Marte y tal vez incluso en Venus (Figura 1).

Figura 1: Recreación artística de Marte con océanos.
(© K. Gill, Web Odysseum)

Los cometas y los asteroides, al ser objetos primitivos que apenas han experimentado cambios desde el origen del Sistema Solar, proporcionan datos muy valiosos acerca de las condiciones ambientales de nuestro sistema planetario en su origen. Entre otras cosas, pueden aportar información acerca del origen del agua en el Sistema Solar, una cuestión que no ha encontrado aún una explicación definitiva. En su juventud, el Sol estaba rodeado por un disco de polvo y fragmentos rocosos, el disco protoplanetario, a partir del cual se originaron los planetas (Figura 2). Este disco protoplanetario era muy rico en agua, en forma de hielos. Al formarse la estrella y comenzar a irradiar, calentó la nube a su alrededor y la inundó de radiación, vaporizando los hielos y rompiendo las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno. Pero nunca ha estado totalmente claro si la mayoría de los hielos que estaban ya presentes en la propia nube molecular interestelar que dio origen al Sol permanecieron inalterados; o si, por el contrario, este agua fue masivamente destruida en la génesis del Sistema Solar y vuelta a formar por medio de reacciones químicas habituales en el disco protoplanetario.

Figura 2: Sistema Solar en formación.
(© LeviathanAstronomy.com)

En septiembre de este año, un equipo anglo-americano dirigido por Ilsedore Cleeves, de la Universidad de Michigan, publicó los resultados de sus investigaciones que apuntan a que la mayoría del agua del Sistema Solar se originó en forma de hielos en el espacio interestelar antes de la formación del Sol. El agua del Sistema Solar muestra un enriquecimiento en deuterio como resultado de procesos químicos producidos a bajas temperaturas. El equipo de Cleeves implementó modelos capaces de reconstruir las condiciones del disco de gas y polvo que formó el Sistema Solar.

Simularon un disco protoplanetario en el que todo el deuterio proveniente del espacio interestelar había sido eliminado por procesos químicos, y el sistema debía por tanto empezar de cero a producir hielos enriquecidos en deuterio, durante un periodo de simulación de un millón de años. Calcularon la cantidad de radiación que habría afectado al Sistema Solar en formación, tanto la proveniente del Sol joven como desde el espacio interestelar, y cómo esa radiación habría viajado a través de la nube protoplanetaria. Estas condiciones determinan cómo se forman nuevas moléculas de agua a partir de hidrógeno y oxígeno, y en particular la probabilidad de que estas moléculas incluyan deuterio. El objetivo era comprobar si el sistema simulado podría alcanzar proporciones deuterio/hidrógeno similares a las observadas en meteoritos, cometas y en el agua de los océanos de la Tierra.

 

Sus resultados demostraron que no: la abundancia de agua con deuterio era inferior a la que tiene el Sistema Solar hoy, lo que implica que una gran proporción del agua del Sistema Solar (hasta el 50% del agua de la Tierra y hasta el 100% del agua de los cometas) debe provenir de hielos interestelares originados antes de la formación del Sol, hace 4.600 millones de años. La confirmación o refutación de este modelo teórico se podrá obtener a partir del año que viene, cuando el nuevo radiotelescopio que está en construcción en el desierto de Atacama (Chile) empiece a estudiar los procesos químicos que suceden en los discos protoplanetarios (Figura 3).

Figura 3: Perspectiva del Atacama Large Millimeter Array (ALMA).
(© Bacri-Normier/ESO)

¿Por qué es importante saber si los hielos del Sistema Solar son más antiguos que el Sol o no? En palabras de Cleeves, “si el agua del Sistema Solar ha sido heredada del espacio interestelar, entonces es muy probable que hielos similares, junto con la materia orgánica prebiótica que contuvieran, sean abundantes en muchos de los discos protoplanetarios que observamos alrededor de otras estrellas (Figura 4). Pero si el agua del Sistema Solar se formó a partir de procesos químicos locales durante el nacimiento del Sol, entonces es posible que la abundancia de agua varíe considerablemente entre unos sistemas planetarios y otros, y que los procesos de formación del agua del Sistema Solar hayan sido específicos para esta región del Universo, lo que obviamente tendría implicaciones para el potencial del origen de la vida en otros lugares”. Por lo tanto, sus resultados indican que los hielos interestelares con un contenido abundante de moléculas orgánicas deben ser un ingrediente abundante en el espacio entre las estrellas.

Figura 4: Estrellas en la Nebulosa de Orión con discos
protoplanetarios, vistos por el telescopio espacial Hubble.
(© NASA)