Immagine del telescopio spaziale James Webb del sistema protostellare L1527 Irs. La protostella è inserita in una nube di polvere, gas e ghiaccio (compreso il ghiaccio d’acqua semi-pesante) che ne alimenta la crescita. Crediti: Nasa/Esa/Csa/Stsci
Viene usata nei reattori nucleari a fissione, o nella città di Sudbury, in Ontario, per rivelare i neutrini. Nel fumetto di Jay Garrick, il primo Flash diventa l’uomo più veloce del mondo dopo averne inalato i vapori. Voi però non fatelo a casa. Più di recente, uno studio pubblicato su ApJ Letters ne annuncia il ritrovamento sotto forma di ghiaccio attorno a una giovane stella simile al Sole.
Parliamo dell’acqua pesante, o per la precisione di acqua semi-pesante, che in natura si trova in quantità molto piccole e che, come dice il nome, ha una densità maggiore rispetto all’acqua normale. Al posto di due atomi di idrogeno e uno di ossigeno, infatti, l’acqua semi-pesante è formata da un atomo di idrogeno, uno di deuterio (un isotopo stabile dell’idrogeno il cui nucleo è composto da un protone e un neutrone, e quindi con un peso atomico maggiore), e un atomo di ossigeno.
Perché ne parliamo? Perché, secondo gli astronomi, l’acqua semi-pesante è un buon indicatore dell’origine dell’acqua normale. Misurando il rapporto di deuterazione, ovvero la frazione di molecole d’acqua che contengono un atomo di deuterio al posto di uno degli atomi di idrogeno, sarebbe infatti possibile risalire alle condizioni di formazione dell’acqua. Nei nostri oceani, nelle comete e sulle lune ghiacciate, fino a una molecola d’acqua su duemila è acqua semi-pesante. Una frazione circa dieci volte superiore a quanto ci si aspetterebbe basandosi sulla composizione del Sole. Per questo motivo, si ipotizza che parte dell’acqua del Sistema solare abbia avuto origine come ghiaccio nelle nubi oscure primitive, centinaia di migliaia di anni prima della nascita del Sole. Trovare una frazione elevata di acqua semi-pesante in questi ambienti, ovvero misurare il rapporto di deuterazione del ghiaccio d’acqua nelle regioni di formazione stellare, potrebbe essere indice del fatto che l’acqua si è formata in un ambiente molto freddo, come le nubi oscure primitive composte da polvere, ghiaccio e gas da cui nascono le stelle.
L’articolo pubblicato questa settimana su ApJ Letters – firmato fra gli altri da María Gabriela Navarro dell’Inaf di Roma e da Alessio Caratti o Garatti dell’Inaf di Napoli – fornisce la prima risposta: grazie al telescopio spaziale James Webb è stato misurato un rapporto elevato di acqua semi-pesante in un involucro protostellare, la nube di materiale che circonda una stella nelle sue fasi embrionali. Prima di Webb, il rapporto di deuterazione dell’acqua nelle regioni di formazione stellare poteva essere misurato in modo affidabile solo nella fase gassosa, dove è soggetto ad alterazioni chimiche.
«Ora, grazie all’incredibile sensibilità di Webb, osserviamo una chiarissima firma spettrale del ghiaccio di acqua semi-pesante in direzione di una protostella», dice Katie Slavicinska, dottoranda dell’Università di Leiden (Paesi Bassi) che ha guidato lo studio. Il risultato, ormai l’avrete capito, rafforzerebbe l’ipotesi che parte dell’acqua presente nel Sistema solare si sia formata prima del Sole e dei pianeti.
La protostella in questione è L1527 IRS, situata nella costellazione del Toro a circa 460 anni luce dalla Terra. E sotto molti aspetti è simile a ciò che gli astronomi ritengono fosse il Sole all’inizio della sua formazione. Il rapporto di deuterazione dell’acqua in L1527 è molto simile a quello osservato in alcune comete (fra cui 67P/Churyumov-Gerasimenko, visitata dalla sonda Rosetta) e nel disco protoplanetario di una giovane stella più evoluta (in questo studio degli stessi coautori), suggerendo che l’origine chimica dell’acqua in questi oggetti sia fredda e antica, e simile tra loro.
«Questa scoperta si aggiunge alle crescenti evidenze che la maggior parte del ghiaccio d’acqua compie il proprio viaggio attraverso le fasi della formazione stellare rimanendo in gran parte inalterato», osserva Ewine van Dishoeck, professoressa di astronomia all’Università di Leiden e coautrice dello studio.
Tuttavia, il rapporto di deuterazione del ghiaccio d’acqua misurato in L1527 IRS è leggermente superiore a quello osservato in alcune comete del Sistema solare e all’acqua presente sulla Terra. Una discrepanza che potrebbe essere attribuita a diversi fattori, spiegano gli autori. Ad esempio, parte dell’acqua sulle comete e sulla Terra potrebbe essere stata alterata chimicamente nel disco protostellare. Oppure, la nube oscura da cui si è formato il Sole potrebbe essere diversa da quella in cui si è formata L1527 IRS.
Ora che hanno creato un precedente, gli autori stanno pianificando ulteriori osservazioni di ghiaccio di acqua semi-pesante per indagare le possibili cause di queste differenze. Con Webb, attraverso un programma osservativo che prevede la ricerca di acqua pesante in 30 nuove protostelle e nubi oscure primitive. E, nel frattempo, con osservazioni complementari usando l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma), per cercare l’acqua pesante in forma gassosa in alcuni degli stessi bersagli.
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal Letters l’articolo “HDO Ice Detected toward an Isolated Low-mass Protostar with JWST“, di Katerina Slavicinska, Łukasz Tychoniec, María Gabriela Navarro, Ewine F. van Dishoeck, John J. Tobin, Martijn L. van Gelder, Yuan Chen, A. C. Adwin Boogert, W. Blake Drechsler, Henrik Beuther, Alessio Caratti o Garatti, S. Thomas Megeath, Pamela Klaassen, Leslie W. Looney, Patrick J. Kavanagh, Nashanty G. C. Brunken, Patrick Sheehan, and William J. Fischer