Viaggio d'acqua dalle nuvole interstellari ai mondi abitabili. Da in alto a sinistra in basso a destra:acqua in una fredda nuvola interstellare, vicino a un giovane, formando stella con un deflusso, in un disco protoplanetario, in una cometa e negli oceani di un esopianeta. Le prime tre fasi mostrano lo spettro del vapore acqueo misurato dallo strumento HIFI sull'osservatorio spaziale Herschel. I segnali della fredda nube interstellare e del disco protoplanetario sono stati esagerati in questa immagine di un fattore 100 rispetto a quelli dei giovani, formando stella al centro. Credito:ESA/ALMA/NASA/L.E. Kristensen
L'astronomo olandese Ewine van Dishoeck (Università di Leiden, Paesi Bassi), insieme a un team internazionale di colleghi, ha scritto una panoramica di tutto ciò che sappiamo sull'acqua nelle nuvole interstellari grazie all'osservatorio spaziale Herschel. L'articolo, pubblicato sulla rivista Astronomia e astrofisica , riassume le conoscenze esistenti e fornisce nuove informazioni sull'origine dell'acqua su nuove, potenzialmente abitabile, mondi. L'articolo dovrebbe servire come lavoro di riferimento per i prossimi vent'anni.
Come e dove si forma l'acqua nello spazio interstellare e come finisce su un pianeta come la Terra non era ben compreso 10 anni fa. Uno dei motivi è che le osservazioni effettuate con i telescopi terrestri sono influenzate dal vapore acqueo nella nostra atmosfera. Nel 2009, L'ESA ha lanciato il telescopio spaziale Herschel nel lontano infrarosso. Uno degli obiettivi principali di Herschel era la ricerca sull'acqua nello spazio. Herschel è stato in servizio fino al 2013. Di particolare importanza è stato lo strumento HIFI costruito sotto la guida olandese, noto anche come "cacciatore di molecole". Negli ultimi anni, decine di articoli scientifici sono stati pubblicati sulla base dei dati sull'acqua di Herschel. Ora questi risultati sono stati combinati e ampliati con nuove intuizioni.
Il nuovo studio descrive il viaggio dell'acqua durante il processo di formazione stellare, comprese le fasi intermedie che, fino ad ora, aveva ricevuto meno attenzione. Il documento mostra che la maggior parte dell'acqua si forma sotto forma di ghiaccio su minuscole particelle di polvere in nuvole interstellari fredde e tenui. Quando una nuvola collassa in nuove stelle e pianeti, quest'acqua è in gran parte conservata e si ancora rapidamente in particelle di polvere delle dimensioni di un sassolino. Nel disco rotante attorno alla giovane stella, questi ciottoli poi formano i mattoni per nuovi pianeti.
Per di più, i ricercatori hanno calcolato che la maggior parte dei nuovi sistemi solari nascono con acqua sufficiente per riempire diverse migliaia di oceani. Ewine van Dishoeck:"È affascinante rendersi conto che quando si beve un bicchiere d'acqua, la maggior parte di queste molecole è stata prodotta più di 4,5 miliardi di anni fa nella nuvola da cui si sono formati il nostro sole e i pianeti".
Molti dei primi risultati di Herschel si sono concentrati sul vapore acqueo caldo che è visto in modo prominente e prodotto copiosamente vicino alle stelle in formazione. Ma quell'acqua calda viene dispersa nello spazio dai potenti deflussi della giovane stella. Durante la stesura della recensione, i ricercatori hanno acquisito sempre più informazioni sulla chimica del vapore acqueo freddo e del ghiaccio. Per esempio, sono stati in grado di dimostrare che il ghiaccio interstellare cresce strato dopo strato sulle particelle di polvere. Hanno basato questa conclusione sui segnali deboli dell'acqua pesante (HDO e D 2 O invece di H 2 O).
Nel futuro, i ricercatori sperano di poter studiare più acqua nell'universo, in particolare nella formazione di sistemi planetari. Però, potrebbe volerci un po' di tempo. Il prossimo telescopio spaziale paragonabile a Herschel dovrebbe essere lanciato non prima del 2040. Ewine van Dishoeck:"C'era la possibilità che un 'telescopio acquatico' andasse nello spazio intorno al 2030, ma quel progetto è stato cancellato. Peccato, ma è stato un motivo in più per il nostro team per scrivere la panoramica dell'acqua. In questo modo abbiamo una memoria collettiva per quando arriva una nuova missione".
Inoltre, alla fine del 2021, verrà lanciato il telescopio spaziale James Webb. Conterrà lo strumento MIRI, costruito dalla partnership euro-statunitense, che potrà svelare una parte della roadmap idrica rimasta finora fuori portata. MIRI sarà in grado di rilevare il vapore acqueo caldo nelle zone più interne dei dischi di polvere. Il coautore Michiel Hogerheijde (Università di Leiden e Università di Amsterdam):"Herschel ha già dimostrato che i dischi che formano i pianeti sono ricchi di ghiaccio d'acqua. Con MIRI ora possiamo seguire quella scia nelle regioni in cui si formano i pianeti simili alla Terra".
I telescopi ALMA in Cile possono osservare il vapore acqueo nello spazio da terra. Ciò include l'acqua nelle galassie lontane dove le linee d'acqua si sono spostate lontano da quelle nell'atmosfera terrestre. Co-autore Lars Kristensen (Università di Copenaghen, Danimarca) aggiunge:"Grazie all'eredità di Herschel, possiamo interpretare molto meglio questi dati ALMA."
"Acqua nelle regioni di formazione stellare:fisica e chimica dalle nuvole ai dischi come sondate dalla spettroscopia di Herschel" è stata accettata per la pubblicazione in Astronomia e astrofisica .
