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Cientistas descobrem molécula misteriosa em Plutão e na lua de Saturno, Titã: ‘Não podemos dizer o que é’
Separados por milhares de milhões de quilómetros e moldados por ambientes muito diferentes, a nebulosa lua de Saturno, Titã, e o planeta anão Plutão têm, no papel, pouco em comum.
Titã é um mundo geologicamente ativo envolto numa atmosfera mais densa que a da Terra, a sua paisagem moldada por mares de metano líquido e vastas dunas construídas a partir de partículas orgânicas que chovem dos seus céus. Plutão, por outro lado, é um posto avançado frígido com uma atmosfera tênue pairando sobre uma superfície gelada e congelada.
Ainda assim, observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST) revelaram que estes dois mundos díspares partilham uma assinatura infravermelha idêntica e inexplicável nas suas superfícies – um sinal de que uma química semelhante pode estar a desenvolver-se em ambos os mundos, apesar das suas diferenças gritantes, dizem os cientistas.
Detalhado em um novo estudoa característica aparece precisamente no mesmo comprimento de onda infravermelho em Titã e Plutão, indicando que absorve luz de forma idêntica em ambos os mundos. O sinal aponta para a presença de um composto desconhecido, ou de uma família de compostos relacionados, que os cientistas ainda não identificaram.
“É bastante misterioso”, disse Bruno Bézard, cientista planetário do Observatório de Paris que liderou a descoberta, ao Space.com. “Não podemos dizer o que é.”
Perseguindo o sinal
Ézard detectou pela primeira vez a característica inexplicável ao analisar as observações de Titã em novembro de 2022, quando o JWST reuniu luz infravermelha vazando através da neblina em faixas de comprimento de onda estreitas e muito específicas, permitindo aos cientistas observar diretamente através da atmosfera, de outra forma opaca.
Para entender essa luz, os pesquisadores contam com espectroscopiauma técnica usada para identificar compostos pelos comprimentos de onda específicos de luz que absorvem. Como cada molécula deixa uma impressão digital espectral única que os telescópios podem detectar, os astrônomos podem identificar rotineiramente substâncias em todo o sistema solar e além, desde simples água gelada até moléculas complexas.
Mas a característica recentemente detectada não corresponde a nenhum dos espectros da biblioteca padrão catalogados até agora, nem parece ser um acaso do hardware, observa o estudo. A mesma característica de absorção foi detectada por dois instrumentos JWST diferentes – o Espectrógrafo de Infravermelho Próximo (NIRSpec) e o Instrumento de Infravermelho Médio (MIRI) – descartando a possibilidade de um artefato instrumental.
Depois de não conseguir encontrar uma correspondência com as impressões digitais espectrais catalogadas dos gelos planetários mais simples e comuns, Bézard questionou-se se outro mundo com química atmosférica semelhante poderia conter uma pista. Ele recorreu ao seu colega Emmanuel Lellouch, do Observatório de Paris, que liderou uma Programa JWST que observou Plutão em maio de 2023.
“Eu perguntei a ele: ‘Você também tem uma assinatura (em Plutão) neste comprimento de onda exato?'”, lembrou Bézard na entrevista ao Space.com. “Então procuramos e descobrimos que ele está presente ali.”
A verdade fundamental
Não há evidências de que a molécula misteriosa seja uma bioassinatura, disse Bézard. Em vez disso, provavelmente reflecte o tipo de química prebiótica que opera no ambiente livre de oxigénio de Titã há mais de 4 mil milhões de anos.
Uma possibilidade convincente é que ele pertença a uma família de hidrocarbonetos conhecidos como alenos, que, segundo o estudo, são essencialmente os únicos compostos orgânicos conhecidos por exibirem fortes bandas de absorção dentro da mesma faixa infravermelha de 5 mícrons que o sinal misterioso.
Mas a família dos alenos contém muitas variações complexas para as quais ainda não existem espectros completos, disse Bézard. Alternativamente, a assinatura poderia pertencer a uma molécula conhecida cuja impressão digital espectral mudou, potencialmente porque está misturada com outros gelos planetários que ainda não foram totalmente catalogados.
“Só temos espectros para os mais simples deles”, disse Bézard. “Mas é possível que dentro desta família você encontre um ou vários compostos que estão presentes juntos e apresentam tal característica de absorção.”
Qualquer que seja o composto, ele e sua equipe acreditam que ele se forma na atmosfera por meio de reações fotoquímicas antes de eventualmente “nevar” na superfície.
Apesar das suas diferenças marcantes, tanto Titã como Plutão possuem atmosferas dominadas por azoto e metano. Os cientistas sabem, através de observações de naves espaciais e de simulações de laboratório, que nas camadas superiores das atmosferas dos planetas, a luz ultravioleta quebra estas moléculas, desencadeando uma cascata de fragmentos químicos altamente reativos. Esses fragmentos então se reúnem em compostos orgânicos complexos, alguns dos quais se condensam e neve de volta na superfície abaixo, onde o JWST os detectou.
Algumas linhas de evidência diferentes apoiam este gasoduto atmosfera-superfície. Primeiro, a equipe analisou como o sinal se comportava no disco de Titã. À medida que o JWST escaneava Titã desde o centro da sua face circular em direção à sua borda externa, ou membro, o sinal misterioso enfraqueceu constantemente, observa o estudo.
“Isso é o que você espera se vier da superfície”, disse Bézard.
Devido à geometria tridimensional de olhar para uma esfera, um sinal vindo de uma superfície plana parecerá mais forte no centro e ficará mais fraco perto da borda, onde o ângulo de visão através da atmosfera se torna mais longo e mais obscurecido. Esta característica específica de escurecimento não foi partilhada pelo monóxido de carbono atmosférico que a equipa verificou, que permaneceu essencialmente inalterado do centro aos membros, disse Bézard, o que ajudou a equipa a inferir que esta molécula misteriosa provavelmente reside no solo.
Plutão ofereceu uma linha independente de evidências para apoiar esta teoria da superfície. A sua atmosfera de quase vácuo é fisicamente demasiado fina e esparsa para gerar uma característica de absorção da profundidade observada, disse Bézard, deixando a superfície sólida do planeta anão como a única fonte plausível para a assinatura profunda.
Para testar ainda mais a sua hipótese de origem atmosférica, a equipe estudou as observações do JWST da lua de Júpiter. Ganimedes. Como Ganimedes não possui uma atmosfera de nitrogênio-metano, ele não pode operar o mesmo motor fotoquímico que Titã e Plutão. Com certeza, os pesquisadores não encontraram nenhum vestígio da característica misteriosa, dando suporte adicional à teoria de que o composto está exclusivamente ligado à química do nitrogênio e do metano nos céus.
Mapeando a superfície de Titã
Mais clareza pode chegar nos próximos meses. Os pesquisadores estão atualmente analisando observações mais recentes do JWST que fornecem uma visão mais completa de Titã enquanto ele gira. Os dados permitirão à equipe mapear a misteriosa assinatura infravermelha em toda a superfície da lua e determinar se ela está associada a características geológicas específicas, como os vastos campos de dunas ricos em matéria orgânica de Titã, que são continuamente reabastecidos por uma lenta garoa de partículas complexas produzidas na atmosfera, disse Bézard.
Mais pistas podem ter que esperar pela missão Dragonfly da NASA, um helicóptero do tamanho de um carro que deverá lançamento em 2028 e chegar a Titã em meados da década de 2030.
Embora o Dragonfly não carregue um espectrômetro infravermelho para replicar as medições de luz do JWST, seu espectrômetro de massa a bordo permitirá “provar” moléculas orgânicas nas várias áreas geologicamente interessantes para as quais a espaçonave voará. Ao revelar quais os compostos que estão realmente presentes na superfície de Titã, a missão poderá dar aos cientistas uma lista de candidatos para replicar em laboratórios na Terra para ver se correspondem às características da molécula misteriosa, disse Bézard.
“É sempre emocionante quando você descobre algo que nunca foi visto antes”, disse Bézard. “É realmente a parte mais legal do nosso trabalho.”
O novo estudo foi aceito para publicação na revista Astronomy & Astrophysics.
