¿El agua vino de las estrellas? Artículo sostiene que las primeras estrellas son responsables de la existencia de agua

En la búsqueda de vida fuera de la Tierra, uno de los componentes fundamentales es el agua e incluso es uno de los filtros para considerar planetas en zonas habitables. Zonas habitables serían aquellas donde es posible la existencia de agua en forma líquida. La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno y es posible encontrar agua en diferentes estados como líquido, gaseoso y sólido.

Observaciones astronómicas pasadas ya han confirmado la existencia de agua en el universo, principalmente en forma de vapor y hielo. En el propio sistema solar se ha encontrado agua en estado sólido en las lunas Europa y Encelado. Algunos astrónomos creen que debajo de una capa de hielo en Europa puede haber agua líquida. Esto muestra que las moléculas de agua son comunes en el universo y en el proceso de formación planetaria.

Pero la gran pregunta es: ¿de dónde vino el agua? Varios investigadores intentan responder a esta pregunta incluso estudiando las nebulosas que forman planetas. Un nuevo artículo sugiere que el agua podría haberse originado gracias a las primeras estrellas del universo y a supernovas al final de sus vidas. El oxígeno y el hidrógeno, expulsados durante estas explosiones, podrían combinarse en condiciones específicas para formar moléculas de agua.

Primeras estrellas

Las primeras estrellas se conocen como estrellas de Población III y se formaron unos cientos de millones de años después del Big Bang. En los inicios del universo, los únicos elementos disponibles eran el hidrógeno y el helio que formaban estas estrellas. Debido a la falta de elementos más pesados, las primeras estrellas eran grandes y calientes y vivieron poco tiempo antes de convertirse en supernovas.

Durante estos primeros millones de años del universo, las estrellas de esta población eran la única luz del universo. Hasta entonces, sólo estaban presentes hidrógeno y helio debido a la nucleosíntesis primordial que tuvo lugar en los primeros momentos del Big Bang. Estas estrellas jugaron un papel importante en la química del universo ya que durante su vida formaron otros elementos más pesados en el proceso de fusión.

¿Cómo forman las estrellas otros elementos?

Al comienzo de la vida de una estrella, convierte el hidrógeno en helio mediante el proceso de fusión, liberando suficiente energía para mantener el equilibrio hidrostático y mantener su brillo. La fusión en sí ocurre porque la gravedad ejerce suficiente presión para calentarse y desencadenar este proceso. Durante su vida continúan realizando fusiones nucleares en sus núcleos.

Este proceso continúa creando elementos más pesados como carbono, oxígeno y hierro, dependiendo de la masa de la estrella. Cuando llegan al final de sus vidas, las estrellas masivas se convierten en supernovas y dispersan elementos por todo el espacio interestelar. Esto hace que los elementos estén disponibles para formar otras estrellas e incluso planetas y otros objetos que contienen elementos distintos del hidrógeno y el helio.

Ciclo CNO

Existen diferentes reacciones nucleares que tienen lugar en el interior de las estrellas en función de su masa y de los elementos implicados. Uno de estos ciclos se llama ciclo carbono-nitrógeno-oxígeno o ciclo CNO. En este proceso, el carbono, el nitrógeno y el oxígeno facilitan la fusión nuclear en estrellas más calientes y masivas. Otro posible ciclo es el ciclo protón-protón que está presente en estrellas más pequeñas.

El carbono que se formó durante los procesos de fusión o que estuvo presente se convierte en otros isótopos como el nitrógeno-14 y el oxígeno-15. Luego, se produce una especie de reciclaje en el que se devuelve el carbono. Esto muestra cómo el oxígeno, el carbono y el nitrógeno están presentes en el proceso de fusión junto con el helio y el hidrógeno. Al final de la vida, estos elementos se encuentran dispersos por todo el medio interestelar.

¿Estrellas responsables del agua?

En un nuevo artículo, un grupo de astrónomos estudió estas supernovas, desde pequeñas estrellas hasta estrellas con cientos de veces la masa del Sol. Estas estrellas estaban compuestas únicamente de hidrógeno y helio o de una cantidad extremadamente baja de metal. Realizaron varias simulaciones en las que ocurrieron supernovas tradicionales y supernovas de inestabilidad de pares.

Al analizar los resultados de las simulaciones posteriores a las supernovas, el grupo descubrió que las estrellas enriquecían el ambiente interestelar con moléculas de agua. Las nubes de moléculas que se formaron a partir del material que esparcieron las estrellas contenían de 10 a 30 veces más agua que las nubes observadas hoy. El estudio indica que parte del agua que vemos hoy puede provenir de las primeras estrellas del universo.

Referencia de la noticia:

Whalen et al. 2025 Abundant Water from Early Supernovae at Cosmic Dawn arXiv