Groc resplendent, vermell llampant i blaus espectaculars. El dia que es complien dotze mesos des que el telescopi espacial James Webb (JWST) va posar-se en funcionament, la NASA va penjar una imatge única a internet, una meravellosa orgia de colors. S’hi pot veure les nebuloses de Rho Ophiuchi, la regió més propera al sol on neixen estrelles. Els colors de la imatge estan retocats perquè l’ull humà els pugui veure. En aquest cúmul de pols i de gas còsmic situat a 390 anys llum de la Terra sorgeixen nous mons.
El vent estel·lar d’una estrella acabada de néixer, però més gran que el Sol, ha creat un enorme forat al bell mig dels cúmuls de gas. Més amunt, les estrelles més joves emeten feixos de matèria resplendent i vermellosa cap a les tenebres de l’espai.
En aquesta secció de l’espai còsmic, els astrònoms han comptat fins a quatre dotzenes d’estrelles joves. Si una s’hi fixa bé, es pot veure que algunes d’elles tenen ombres al voltant. Són discs fets de remolins de pols dels quals, un dia, s’acabaran formant planetes. La Terra, juntament amb Júpiter, Saturn, Mart, Venus i els altres satèl·lits del sol, també van sorgir d’un disc de pols com aquest.
Tanmateix, el més espectacular que pot oferir el JWST no es pot apreciar en una imatge com aquesta. A bord d’aquest observatori espacial no només hi ha càmeres que capten la llum de regions molt distants de l’espai, sinó també espectrògrafs que analitzen aquesta llum. El resultat no són enregistraments brillants, sinó simples pics desproveïts de qualsevol màgia aparent.
La màgia només es revela als experts. Segons el patró dels pics es pot deduir de quin tipus de substàncies es desprèn la resplendor. L’espectre indica, doncs, de què estan fets els elements de la imatge. I, d’aquesta manera, una simple fotografia es converteix en una infinitat d’històries.
Thomas Henning de l’Institut Max Planck d’Astronomia de Heidelberg, va ajudar a construir dos dels espectrògrafs Webb. Encara guarden els prototips al soterrani de l’institut. Per aquesta feina, l’equip d’astrofísics de Heidelberg van ser recompensat amb moltes hores en les quals poden utilitzar el JWST per fer observacions. Ara, en el marc del projecte de recerca “Minds”, Henning i el seu equip estan investigant 50 discs protoplanetaris situats al voltant de noves estrelles.
Partint dels espectres, Henning i companyia intenten esbrinar com es formen els planetes a partir dels vapors còsmics i, alhora, intenten reconstruir el naixement de la Terra mateixa. La seva conclusió: els ingredients més importants necessaris per la creació d’organismes primitius es troben als remolins de pols que envolten les estrelles joves. “Amb aquesta evidència, la probabilitat que hi hagi vida més enllà del sistema solar ha augmentat”, afirma Henning.
Els darrers anys, l’estudi del que es coneix com a exoplanetes s’ha convertit en un dels temes més candents en l’astrofísica. I estudiar-los és una de les tasques principals del telescopi James Webb.
Quan la ciència va començar a buscar els satèl·lits d’estrelles llunyanes, fa més de 30 anys, la primera pregunta que es va plantejar fou una de concreta: existeixen? El nostre complex sistema solar, amb tants planetes i tantes llunes, és un cas excepcional, o gairebé totes les estrelles estan orbitades per un reguitzell de cossos celestes més petits? La qüestió va quedar aclarida, com a molt tard, quan el telescopi “Kepler” va ser capaç d’identificar milers de mons llunyans. A la Via Làctia, d’exoplanetes n’hi ha molts… molts milers de milions.
La pregunta següent, però, encara està pendent de resposta: en quants d’aquests milers i milers de milions de cossos celestes pot haver-hi condicions favorables per a l’aparició de la vida? La comunitat d’experts en astronomia ja ha identificat tota una sèrie de candidats l’òrbita dels quals es troba en el que es coneix com “zona habitable”. En aquesta zona les temperatures són prou moderades com per permetre que hi hagi presència d’aigua líquida.
Tanmateix, aquests candidats no són còpies fidels de la Terra. Tots tenen òrbites molt estretes al voltant d’estrelles que són molt més petites i més actives que el sol. Per aquest motiu, aquests planetes estan exposats a una enorme radiació. En condicions com aquestes es fa difícil imaginar que la vida sigui possible.
La situació és complicada: els exoplanetes que més interessen als astrònoms són els més difícils de trobar. Els cossos celestes semblants a la Terra que orbiten estrelles semblants al Sol són molt difícils de detectar amb els instruments de què es disposa actualment. Ni tan sols el poderós mirall del telescopi JWST, que té 6,5 metres de diàmetre, pot fer-los visibles.
Tot i així, els estudis dels discs protoplanetaris fets en el marc del projecte de recerca Minds poden ajudar. D’una manera similar als avions, que deixen esteles de condensació al cel i per això els podem veure més fàcilment, els planetes nounats es poden reconèixer per les distintives petjades en forma d’anell que deixen als núvols de pols còsmica. D’aquesta manera, encara que els astrònoms encara no hagin pogut veure Terres llunyanes, sí que poden obtenir una instantània del seu naixement.
Aquesta imatge, però, no pot mostrar cap senyal de vida. La fase inicial del creixement planetari és massa turbulenta perquè hi hagi vida. La vida a la Terra també va aflorar un cop la formació del planeta estava gairebé completa i el bombardeig d’asteroides va haver disminuït. No obstant això, els grups de recerca poden investigar si es donen les condicions bàsiques perquè hi hagi vida, i això és justament al que Henning i el seu equip s’han dedicat amb l’ajuda del JWST.
El camp de recerca dels discs protoplanetaris és tan antic com la recerca dels exoplanetes mateixos. A les imatges obtingudes amb el predecessor del telescopi Webb, el Hubble, ja es podien veure taques borroses al voltant de les estrelles joves. Més enllà d’això, però, durant molt de temps no es va disposar de dades i observacions més sòlides. Qui s’ocupava majoritàriament d’aquest àmbit eren els físics teòrics. Es van imaginar escenaris per veure com es podria haver condensat la pols per formar cossos de gas i roques. I, per fer-ho, partien del sistema solar.
Fa uns deu anys, però, el panorama va canviar radicalment. El radiotelescopi Alma, situat a Xile, va orientar les 66 enormes antenes que el conformen cap al firmament i, de sobte, els discs protoplanetaris es van poder observar amb un nivell de detall inaudit i fascinant. “Va ser espectacular”, recorda l’astrofísic de Heidelberg, Thomas Henning.
Es van poder identificar estructures complexes d’anells, espirals i patrons estranys de línies. Pel que es podia veure, els planetes acabats de néixer el que feien era crear forats al vòrtex primordial, en xuclar tota la matèria que hi havia al seu entorn. Cada disc tenia un aspecte diferent. El naixement dels planetes, doncs, clarament no segueix un patró fixat.
A partir de les imatges de l’Alma, els investigadors van poder concloure que els discos estan fets de pols fina i de fragments de roca de la mida d’un còdol. I els equips teòrics van haver de revisar els escenaris que havien projectat: tot indica que la Terra no va néixer de la pols dels estels, sinó de la grava celeste. És per això que es va accelerar el seu procés de desenvolupament.
Si es vol que la vida floreixi en un cos celeste format d’aquesta manera, hi ha d’haver aigua. La creació de vida només pot ocórrer allà on hi ha rius, mars o, com a mínim, reserves d’aigua subterrànies.
Fins ara no estava del tot clar si el gas que es troba al punt on neixen els planetes rocosos conté aigua. La molècula H2O és molt present a l’espai, s’ha arribat a detectar als confins més externs dels vòrtexs de pols al voltant d’estrelles joves. Tot i així, la zona central, on es formen planetes com Mart, Venus o la Terra, és diferent: segons els càlculs dels astrofísics, les molècules d’aigua que arriben fins aquí es trenquen immediatament per la gran presència de radiació ultraviolada. La teoria que predomina en la recerca, doncs, afirma que d’entrada la Terra era erma.
Segons aquesta teoria, l’aigua va arribar més tard. Els cometes o asteroides que provenien de regions llunyanes del sistema solar van portar aigua a la Terra en forma de cristalls de gel. En l’impacte, l’aigua es va evaporar, va ploure i, finalment, va quedar acumulada en basses poc profundes. Milions d’anys després, el planeta va quedar cobert per l’oceà.
Amb tot, aquest mecanisme és suficient per explicar l’origen de tota l’aigua del planeta? Segons estudis recents, la major part de l’aigua no es troba en absolut als oceans, sinó que s’amaga a les profunditats del mantell terrestre. Es calcula que hi podria haver fins a 22 vegades més d’aigua que a tots els oceans del món junts. Es fa difícil imaginar que quantitats com aquestes poguessin haver arribat a la Terra a través de cossos forans.
Henning i el seu equip tenien l’esperança de resoldre l’enigma amb l’ajuda de l’estrella PDS 70. Es tracta d’un estel jove i molt estudiat que té un aspecte semblant al que podia haver tingut el Sol poc després de néixer, fa uns 4.600 milions d’anys. Té una massa de gairebé 0,8 masses solars i, per tant, té una massa similar a la del Sol i, com el nostre astre, està orbitada per almenys dos grans planetes fets de gas.
El disc que envolta la PDS 70 es caracteritza per una gran bretxa entre un dels anells interiors i un dels anells exteriors. Els dos planetes gasosos orbiten justament en aquest espai. Henning coneix bé el sistema: ell mateix va dirigir l’equip que, ara fa cinc anys, va utilitzar el Very Large Telescope (VLT) de Xile per obtenir una imatge d’un dels dos satèl·lits de la PDS-70. Fou la primera imatge directa d’un protoplaneta.
Tanmateix, mirar l’àrea central del sistema PDS-70, on hi ha el bressol de les possibles terres, no és possible ni amb el VLT ni amb l’Alma. Per poder veure-hi fins al fons, els astrònoms han hagut d’esperar l’arribada del telescopi James Webb.
De fet, Henning i el seu equip van identificar les línies característiques de l’aigua a l’espectre del PDS 70 obtingut amb el JWST. I encara hi ha més: el gruix de les línies indica que es tracta de vapor d’aigua a una temperatura de ben bé 300 graus centígrads. I l’únic lloc on fa tanta calor és a la regió interna, prop de l’estrella central.
“Aigua! Al principi no m’ho volia ni creure”, explica Henning. Però tot apuntava a una conclusió: pel que sembla, la pols a la regió central d’aquest sistema solar és prou densa i hi ha prou molècules d’aigua com per protegir-la de la radiació ultraviolada. A diferència del que s’havia predit amb les teories, l’aigua que hi ha és estable. Així, doncs, si prop de l’estrella PDS 70 hi ha una bessona de la Terra, hi haurà oceans.
Als espectres obtinguts amb el JWST, Henning i el seu equip van poder identificar-hi un altre ingredient en la recepta per a la creació de vida: van detectar hidrocarburs i altres molècules orgàniques. Les van trobar tot estudiant la pols al voltant d’estrelles més petites. “Vam veure les empremtes dactilars de molts tipus de compostos”, diu Henning. “Semblava l’espectre d’una espelma encesa”.
L’investigador atorga especial rellevància a una molècula concreta: el cianur d’hidrogen, amb la fórmula química HCN. Henning ha discutit llargament amb especialistes en química per veure com podria haver-hi hagut una transició espontània de matèria inerta a matèria viva. Sembla estar clar que, en algun moment, s’han d’enllaçar biomolècules capaces de reproduir-se per si mateixes. El que no se sap és d’on provenen els elements dels quals estan fetes aquestes cadenes moleculars. Aquí és on l’HCN podria haver tingut un paper clau en la seva síntesi.
El problema semblava haver-se resolt a principis dels anys cinquanta. Al laboratori de Harold Urey, guanyador del Premi Nobel, el jove estudiant de doctorat Stanley Miller, de 22 anys, va barrejar diversos gasos que podrien haver existit a l’atmosfera primitiva de la Terra i va sotmetre’ls a l’impacte dels llampecs. Amb això hi va haver prou per crear compostos com ara aminoàcids o àcids grassos. La mescla de Miller va passar a la història de la ciència batejada com a “brou primigeni”.
Des d’aleshores, però, s’ha demostrat que Miller va partir de suposicions errònies a l’hora de formular l’atmosfera primigènia. Probablement gairebé no hi havia ni metà ni amoníac, que es consideren indispensables en aquest brou primigeni. I, així, la comunitat científica ha hagut de reprendre la mateixa pregunta de sempre: com van sorgir els primers compostos orgànics simples?
Henning creu haver trobat una possible resposta en l’espectre dels discs protoplanetaris: el brou de compostos de carboni que va ser el punt de partida de la vida terrestre no va sorgir per l’impacte d’un llampec, sinó que hi era present des del principi.
Els remolins de gas i de pols que s’acumulen al voltant de les estrelles joves semblen oferir les condicions perfectes per crear les molècules necessàries per la vida. De fet, quan els planetes es formen a partir d’aquesta pols, també es crea HCN i altres molècules que contenen carboni. “El brou primigeni era present a l’espai”, afirma Henning.
Traducció de Laura Obradors