Acqua: dalle nubi interstellari ai pianeti

Lo spazio interstellare non è certamente vuoto come sembra, al contrario sono presenti atomi di idrogeno e polveri. I bracci a spirale della Via Lattea e delle altre galassie sono caratterizzati dalla presenza di enormi aggregati di gas di idrogeno atomico e molecolare (H – H2). Questi aggregati prendono il nome di nubi interstellari e possono essere di vari tipi.

Se è vero che l’elemento dominante delle nubi interstellari è l’idrogeno è altrettanto vero che nelle nubi a temperatura più’ bassa sono presenti anche molecole più’ complesse come ossidi (CO), nitriti (HCN),aldeidi (H2CO), molecole cicliche (C3H2) e radicali (OH).

L’astronomo olandese Ewine van Dishoeck dell’Università di Leida, Paesi Bassi, in collaborazione con un team internazionale di astronomi, ha realizzato uno studio di tutto ciò che sappiamo sull’acqua nelle nubi interstellari grazie all’osservatorio spaziale Herschel. 

L’articolo, pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics, è un riassunto delle conoscenze attuali e offre nuove spiegazioni sull’origine dell’acqua sugli esopianeti potenzialmente abitabili. Lo studio potrebbe diventare una pietra miliare per i prossimi vent’anni di ricerca.

Fino a 10 anni fa non era ancora ben chiaro dove e come veniva sintetizzata l’acqua nello spazio interstellare e come questo prezioso liquido sia giunto sul nostro pianeta. Questo limite era dovuto agli strumenti di osservazione utilizzati, i telescopi basati a terra infatti erano limitati dalla presenza di vapore acqueo nella nostra atmosfera.

Nel 2009 l’ESA, l’Agenzia spaziale europea, ha lanciato il telescopio spaziale Herschel in grado di operare nel lontano infrarosso. Uno degli obiettivi di Herschel è stata la ricerca sull’acqua nello spazio interstellare. Il telescopio Herschel ha operato fino al 2013. Di rilevante importanza è stato lo strumento denominato HIFI realizzato sotto la guida olandese, noto come “cacciatore di molecole”.

Grazie ai dati raccolti nel corso degli anni dal telescopio Herschel sono stati pubblicati moltissimi lavori scientifici sulla ricerca dell’acqua nello nubi interstellari. Oggi i risultati sono stati combinati e ampliati grazie a nuove intuizioni.

Il nuovo studio descrive il percorso dell’acqua durante il processo di formazione stellare, comprese le fasi intermedie che, fino ad ora, avevano ricevuto una minore considerazione. Il documento descrive come la maggior parte dell’acqua si forma come ghiaccio sulla superficie di piccole particelle di polvere che si trovano all’interno delle nubi interstellari fredde e tenui. 

Quando le nubi interstellari collassano generando nuove stelle e sistemi planetari, l’acqua viene in gran parte preservata e catturata da grumi di polvere grossi come un ciottolo. Nel disco protoplanetario in rotazione attorno alla giovane stella neonata, i ciottoli formano quindi i semi dai quali prenderanno forma i nuovi pianeti.

Inoltre, i ricercatori hanno calcolato che la gran parte dei nuovi sistemi solari nascono con una tale abbondanza di acqua da riempire molte migliaia di oceani.

Nubi interstellari

Il telescopio spaziale Herschel ha ottenuto i suoi primi risultati osservando il vapore acqueo caldo e copiosamente prodotto nelle vicinanze delle stelle in via di formazione. Tuttavia quelle molecole di acqua calda vengono disperse nello spazio interstellare dai potenti deflussi generati dalla giovane stella neonata. 

Durante lo studio, i ricercatori hanno acquisito molte informazioni sulla chimica del vapore acqueo freddo e del ghiaccio. Ad esempio, sono stati capaci di dimostrare che il ghiaccio interstellare cresce sulle particelle di polvere strato dopo strato. Hanno basato questa conclusione sui deboli segnali emessi dall’acqua pesante (D2O).

Ora, i ricercatori ripongono le loro speranze nei nuovi telescopi che in futuro saranno in grado di effettuare ricerche molto più approfondite e dettagliate. Tuttavia, ci vorrà ancora molto tempo in quanto, uno strumento paragonabile al telescopio Herschel verrà probabilmente realizzato e lanciato non prima del 2040.

I ricercatori ripongono molte delle loro aspettative sul nuovo e potente Telescopio spaziale James Webb, prossimo ad entrare in azione. Il James Webb Space Telescope della NASA verrà lanciato entro la fine del 2021 e avrà a disposizione lo strumento MIRI, costruito dalla partnership Europa–USA. Questo strumento potrà svelare una parte della roadmap dell’acqua rimasta fino ad ora irraggiungibile. 

MIRI sarà in grado di rilevare il vapore acqueo caldo nelle zone più nascoste delle nubi interstellari. Il coautore dello studio, Michiel Hogerheijde della Leiden University e Università di Amsterdam ricorda che il telescopio spaziale Herschel ha già dimostrato che i dischi protoplanetari che danno vita ai pianeti sono ricchi di ghiaccio d’acqua.

Con lo strumento MIRI sarà possibile seguire quella traccia nelle regioni in cui si formano pianeti simili alla Terra e quindi potenzialmente abitabili.

I telescopi ALMA, installati in Cile, possono osservare il vapore acqueo nello spazio da terra. Le osservazioni includono lo studio dell’acqua in galassie lontane. Il coautore Lars Kristensen dell’Università di Copenhagen, Danimarca ha spiegato che grazie all’eredità lasciata dal telescopio spaziale Herschel, è possibile ora interpretare i dati di ALMA con una precisione molto maggiore.

Lo studio è intitolato: “L’acqua nelle regioni di formazione stellare: fisica e chimica dalle nuvole ai dischi rilevati dalla spettroscopia di Herschel” è stato accettato per la pubblicazione su Astronomy & Astrophysics .