O telescópio James Webb testemunha ao vivo a destruição de um oceano terrestre a cada mês

Uma equipe internacional acaba de destacar a destruição e reformação de uma grande quantidade de água em um disco protoplanetário localizado no coração da nebulosa de Orion.

Esta descoberta foi possível por meio de uma abordagem multidisciplinar original combinando observações do telescópio espacial JWST e cálculos de física quântica. Este estudo, realizado no âmbito do programa Early Release Science (ERS) PDRs4All e dirigido por uma jovem pesquisadora, Marion Zannese, doutoranda na Universidade Paris-Saclay, foi recentemente publicado na revista Nature Astronomy.

A água é essencial para a vida como a conhecemos. Na Terra, a maioria da água de nossos oceanos teria sido formada bem antes do nascimento do Sistema Solar, em regiões frias do espaço interestelar (-250 °C). No entanto, uma fração dessa água pode ter sido destruída e formada novamente em temperatura mais alta (100-500 °C) quando o Sistema Solar ainda era um disco de gás e poeira orbitando nosso jovem sol.

Para entender este misterioso ciclo de desaparecimento e reaparecimento da água, os astrônomos direcionaram o telescópio James Webb (JWST) para “d203-506”, um disco protoplanetário localizado na Nebulosa de Orion, um berçário de sistemas planetários. A radiação ultravioleta intensa produzida por estrelas massivas leva à destruição e reformação da água em d203-506, tornando-o um verdadeiro laboratório interestelar.

Mas como evidenciar a formação e destruição de moléculas localizadas a mais de mil anos-luz da Terra?

Foi uma colaboração com especialistas em dinâmica quântica, participando da modelagem, que permitiu superar esse desafio.

Quando a água (H2O) é destruída pelo ultravioleta, uma molécula de hidroxila (OH) é liberada com um movimento de rotação vertiginoso, seguido pela emissão de fótons no infravermelho médio que viajam até o JWST. Ao todo, estima-se que o equivalente a um oceano terrestre é assim destruído todos os meses no jovem sistema d203-506.


Mas a história não termina aqui. Por um mecanismo similar de emissão de fótons no infravermelho próximo, o JWST nos revela que o hidroxila é produzido em abundância a partir do oxigênio atômico pela reação O+H2. Este, por sua vez, é justamente um intermediário chave na formação da água, pois reage em seguida com H2 para formar água pela reação OH+H2. O ciclo de destruição / formação é completado. Parte da água que compõe nossos oceanos pode ter passado por tal ciclo.

Referência:
O artigo intitulado "OH as a probe of the warm water cycle in planet-forming disks" aparece na revista Nature Astronomy, em 23 de fevereiro de 2024.
https://arxiv.org/abs/2312.14056