Oxigênio no cometa desafia teorias da formação do Sistema Solar

Com informações da ESA -  30/10/2015

Ninguém espera encontrar o reativo O2 sendo liberado pelo cometa - ainda mais em grandes quantidades. [Imagem: ESA]

Oxigênio molecular

A sonda espacial Rosetta detectou oxigênio molecular (O₂) sendo liberado pelo cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, o qual ela orbita desde Agosto do ano passado.

A observação é surpreendente e totalmente inesperada, sugerindo que o oxigênio foi incorporado no cometa durante a sua formação.

O oxigênio é o terceiro elemento mais abundante do Universo, mas a versão molecular mais simples do gás, o O₂, é muito difícil de ser encontrada isoladamente, mesmo em nuvens de formação de estrelas, porque ele é altamente reativo, tendendo a se juntar a outros átomos e moléculas.

Por exemplo, os átomos de oxigênio podem combinar-se com átomos de hidrogênio em grãos de poeira finos para formar água, ou um átomo de oxigênio pode separar-se da molécula pela ação da radiação ultravioleta, recombinando-se com outra molécula para formar ozônio (O₃).

Oxigênio cósmico

Apesar de já ter sido detectado nas luas geladas de Júpiter e Saturno, o O₂ainda não fazia parte das espécies voláteis até agora associadas aos cometas. A sonda Rosetta já detectou uma abundância de diferentes gases saindo do núcleo do 67P, incluindo monóxido de carbono e dióxido de carbono, os mais abundantes, além de uma grande variedade de outras substâncias ricas em nitrogênio, enxofre ou carbono, e até gases nobres.

A quantidade de oxigênio molecular detectada mostra uma forte relação com a quantidade de água liberada pelo cometa, sugerindo que a origem e o mecanismo de liberação dos dois estão relacionados. Ao contrário, a quantidade de O₂ detectada mostra pouca relação com o monóxido de carbono e com o nitrogênio molecular, apesar de terem uma volatilidade semelhante ao O₂. Além disso, não foi detectado ozônio.

"Não esperávamos detectar O₂ no cometa - e em tamanha abundância - porque ele é quimicamente muito reativo, por isso foi uma grande surpresa," comentou Kathrin Altwegg, da Universidade de Berna, na Suíça, e pesquisadora principal do instrumento ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis), que vem detectando o "cheiro" do cometa desde o início da missão.

"Foi também uma surpresa porque não há muitos exemplos de detecção de O₂interestelar. Assim, apesar de este ter sido incorporado no cometa durante a sua formação, isto não é facilmente explicável pelos atuais modelos de formação do Sistema Solar," completou.

A forte correlação entre o oxigênio molecular e o vapor de água indicam uma origem e um mecanismo de liberação comuns. [Imagem: A. Bieler et al.]

Desafio às teorias

A equipe aventou várias possibilidades para explicar a presença e a abundância de O₂ no cometa.

Em um dos cenários, o O₂ gasoso teria primeiro sido incorporado no gelo de água, na fase da nebulosa protossolar do nosso Sistema Solar. Os modelos químicos dos discos protoplanetários preveem que grandes quantidades de O₂gasoso poderiam estar disponíveis na zona de formação de cometas, mas seria necessário que ocorresse um resfriamento rápido, de temperaturas acima dos -173ºC para menos de -243ºC, para que se formasse água gelada, com o O₂preso em grãos de poeira. Os grãos teriam depois de ter sido incorporados no cometa sem que a sua composição fosse alterada.

"Outra possibilidade inclui a formação do Sistema Solar numa parte estranhamente quente de uma densa nuvem molecular, a temperaturas 10-20ºC acima dos típicos -263ºC esperados para este gênero de nuvens," diz Ewine van Dishoeck, do Observatório de Leiden, na Holanda. "Isto continua a ser consistente com as estimativas para a formação do cometa na nebulosa solar exterior, e ainda com descobertas anteriores feitas no cometa, referentes à baixa quantidade de N₂."

Em outra hipótese aventada, a radiólise - dissociação de moléculas por radiação - dos grãos de gelo poderia ter acontecido antes da acreção do cometa, formando um corpo maior. Neste caso, o O₂ permaneceria preso nos espaços livres do gelo nos grãos enquanto o hidrogênio escapava, o que evitaria a formação de mais água, o que resultaria em um aumento do nível de O₂ no gelo sólido. A incorporação destes grãos de gelo no núcleo poderia explicar a forte correlação com o H₂O observado no cometa.

"Independentemente da forma como ocorreu, o O₂ também foi de alguma forma protegido durante a fase da acreção do cometa: isto deve ter acontecido de forma suave, evitando que o O₂ fosse destruído por reações químicas posteriores," acrescentou Kathrin Altwegg.

"Este é um resultado intrigante, para quem estuda os cometas, mas também para a restante da comunidade [astronômica e astrofísica], com possíveis implicações para o nosso modelo de evolução do Sistema Solar," disse Matt Taylor, cientista da Agência Espacial Europeia (ESA) para a Rosetta.

Bibliografia:

Abundant molecular oxygen in the coma of 67P/Churyumov-Gerasimenko
A. Bieler, K. Altwegg, H. Balsiger, A. Bar-Nun, J.-J. Berthelier, P. Bochsler, C. Briois, U. Calmonte, M. Combi, J. De Keyser, E. F. van Dishoeck, B. Fiethe, S. A. Fuselier, S. Gasc, T. I. Gombosi, K. C. Hansen, M. Hässig, A. Jäckel, E. Kopp, A. Korth, L. Le Roy, U. Mall, R. Maggiolo, B. Marty, O. Mousis, T. Owen, H. Rème, M. Rubin, T. Sémon, C.-Y. Tzou, J. H. Waite, C. Walsh, P. Wurz
Nature
Vol.: 526, 678-681
DOI: 10.1038/nature15707