Una sombra helada en la luz difusa: SPHEREx detecta hielo que se desvanece en núcleos preestelares ✛
En el corazón mismo de una nube molecular, donde la temperatura desciende hasta 10–20 kelvin y la densidad del gas alcanza un millón de partículas por centímetro cúbico, reina una sombra helada. Allí, lejos de la luz de las estrellas, el agua, el dióxido de carbono y otras moléculas se congelan sobre la superficie de los granos de polvo. Estas capas de hielo son el material de construcción de los futuros planetas y, posiblemente, la fuente de agua para la vida venidera. Pero algo hace que el hielo desaparezca incluso antes de que la nube comience a contraerse para formar una estrella.
El telescopio espacial SPHEREx ha mirado en estas regiones oscuras en el infrarrojo cercano y medio. Ha visto cómo el hielo interestelar absorbe la luz de las estrellas de fondo en las longitudes de onda de 3.05 y 4.27 micrómetros. Cuanto más hielo hay en el camino de la luz, más profundas son las caídas en el espectro. Al comparar decenas de núcleos, los investigadores descubrieron que, a medida que aumenta la densidad del gas, la abundancia de hielo de agua disminuye en un factor de 3–5. Mientras tanto, la temperatura del polvo permanece por debajo de 20 kelvin, demasiado fría para la evaporación térmica. Esto significa que opera otro mecanismo: la desorción no térmica, en la que los rayos cósmicos expulsan moléculas de hielo sin calentar el grano de polvo.
Este hallazgo da la vuelta a la imagen habitual. Antes se pensaba que el hielo esperaba tranquilamente el colapso del núcleo y solo después, en el disco protoplanetario, comenzaba a evaporarse y redistribuirse. Ahora se ve que el hielo se procesa activamente incluso antes del nacimiento de la estrella. La masa total de hielo que desaparece en un núcleo típico se estima en 10^−5 masas solares, comparable a la masa del futuro disco protoplanetario. Es decir, la composición química de los futuros sistemas planetarios se establece antes de lo que pensábamos.
¿Qué significa esto para nosotros? Por ahora es conocimiento puro, sin aplicaciones inmediatas. Pero cambia las estimaciones de cuánta agua y materia orgánica recibirán los futuros planetas. Si el hielo desaparece tan pronto, en algunos sistemas podría haber menos agua de lo que se suponía. Quizás el déficit de agua en algunos sistemas planetarios se explique precisamente por esta pérdida temprana. El siguiente paso son observaciones con mayor resolución espectral para distinguir las diferentes formas de hielo y seguir el destino de las moléculas evaporadas. La sombra helada en la luz difusa resulta no ser tan inmóvil: vive, respira y se derrite mucho antes de que se encienda la primera estrella.
La temperatura en los núcleos estudiados está solo entre 10 y 15 grados por encima del cero absoluto, pero incluso con ese frío el hielo se evapora, gracias a los rayos cósmicos que expulsan moléculas de la superficie de los granos de polvo.
En la novela de Arthur C. Clarke '2010: Odisea dos', las lunas heladas de Júpiter almacenan agua para las generaciones futuras. Las observaciones de SPHEREx muestran que el agua en forma de hielo puede desaparecer de los lugares más fríos del universo mucho antes de que esté disponible para la vida.