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O cometa interestelar 3I/ATLAS pode ter quase 12 mil milhões de anos – tão antigo que o seu sistema estelar pode já não existir
O cometa interestelar que recentemente dominou as manchetes, 3I/ATLAS, pode ter entre 10 e 12 mil milhões de anos, mostrou uma nova avaliação da composição isotópica do cometa. Este chamado “invasor” no nosso sistema solar é apenas o terceiro objeto registado a entrar na nossa vizinhança cósmica vindo do além.
Se estas novas estimativas da idade do cometa forem verdadeiras, elas sugeririam 3I/ATLAS nasceu alguns bilhões de anos após o nascimento do Via Láctea.
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Assim, com base na velocidade do cometa, os astrónomos Aster Taylor e Darryl Seligman da Universidade de Michigan e da Universidade Estatal de Michigan, respectivamente, determinaram que o 3I/ATLAS tem uma idade “cinemática” algures entre 3 mil milhões e 11 mil milhões de anos. Essa é uma faixa grande com incerteza substancial – mas agora, um novo estudo liderado por Martin Cordiner, da NASA Goddard, saiu a favor do limite mais antigo dessa faixa, com base na composição isotópica do cometa.
A partir de estudos com o Telescópio Espacial James WebbCom o espectrômetro de infravermelho próximo (NIRSpec), Cordiner e sua equipe mediram a proporção de carbono-12 para carbono-13 no 3I/ATLAS e também o quão enriquecida a água do 3I/ATLAS é com a molécula de deutério, que é um dos dois isótopos estáveis de hidrogênio. Ambas as propriedades são ferramentas importantes para deduzir a idade e a origem do cometa.
Isótopos são átomos do mesmo elemento que possuem o mesmo número de prótons mas números diferentes de nêutrons. O carbono-12 é a forma regular do carbono, com 6 prótons e 6 nêutrons. O carbono-13 é o isótopo, com 6 prótons e 7 nêutrons. O deutério tem um próton e um nêutron (ao contrário do antigo hidrogênio normal, que tem um próton e nenhum nêutron).
Os isótopos de carbono são encontrados no 3I/ATLAS em compostos como monóxido de carbono e dióxido de carbono, e até mesmo em moléculas orgânicas como metanol, formaldeído e metano.
O NIRSpec descobriu que 3I/ATLAS contém muito mais carbono-12 em relação ao carbono-13 do que qualquer coisa vista em nosso sistema solarou mesmo em discos de formação planetária próximos em torno de outros estrelasou nuvens moleculares locais. Isso nos diz que o 3I/ATLAS não é daqui, pelo menos.
O carbono-13 enriquece-se com o tempo no meio interestelar e nas nuvens moleculares que formam as estrelas. Uma baixa abundância de carbono-13 em relação ao carbono-12 indica, portanto, que o 3I/ATLAS deve ter-se formado há muito tempo – antes que o carbono-13 fosse capaz de atingir os níveis modernos.
Podemos recorrer a modelos de evolução galáctica para arriscar uma estimativa de há quanto tempo exatamente isso aconteceu.
Após a formação da Via Láctea, há cerca de 13 mil milhões de anos, sofreu uma explosão estelar: um enorme surto de formação estelar. Muitas dessas estrelas evoluíram rapidamente para gigantes vermelhos antes de lançar à deriva suas camadas externas e formar um planeta nebulosa deixando para trás seu núcleo quente e inerte, que é o que chamamos de anã branca.
Quando está num sistema binário próximo com outra estrela, uma anã branca pode roubar tanto material que provoca uma explosão termonuclear na sua superfície. Chamamos isto de nova, e tais eventos são prodigiosos produtores de carbono-13. Espera-se, portanto, que uma rápida explosão de explosões de novas tenha ocorrido durante os primeiros quatro bilhões de anos da história da Via Láctea. Para que o 3I/ATLAS contenha uma proporção tão baixa de carbono-13 em relação ao carbono-12, mas ainda contenha alguns elementos pesados, deve ter-se formado no meio de tudo isto, antes que a abundância de carbono-13 tivesse a oportunidade de se acumular na galáxia.
Na verdade, isso colocaria a idade do 3I/ATLAS entre 10 e 12 bilhões de anos.
O enriquecimento de deutério no 3I/ATLAS também nos conta sobre as origens do cometa interestelar. O deutério pode substituir um ou ambos os átomos de hidrogênio comuns na água, que é o que os cientistas chamam de enriquecimento com deutério. O enriquecimento de deutério na água do 3I/ATLAS tem uma relação D/H que é uma ordem de grandeza maior do que nos cometas típicos que se formaram no nosso sistema solar.
Este grau de enriquecimento ocorre em determinados ambientes. A água gelada pode tornar-se enriquecida em deutério a temperaturas inferiores a 30 graus acima do zero absoluto (30 Kelvin/–243 graus Celsius/–405 graus Fahrenheit), o que é típico de nuvens interestelares, e num ambiente relativamente pobre em elementos pesados, o que aponta para uma formação no início da história da nossa galáxia.
Os cometas formam-se ao lado dos planetas, por isso, se estas descobertas estiverem corretas, então o 3I/ATLAS pode muito bem ser uma relíquia de um dos primeiros sistemas planetários da galáxia. O 3I/ATLAS pode nos dizer alguma coisa sobre esses primeiros planetas com os quais se formou?
Pensa-se que os cometas, sendo objetos gelados, se formam nos confins mais distantes dos discos de formação de planetas, longe do calor da sua jovem estrela que, de outra forma, vaporizaria o gelo. A fronteira em um disco de formação planetária entre onde a água existe como vapor ou líquido e onde existe como gelo é chamada de linha de neve.
“Acreditamos que os materiais cometários em geral são representativos dos blocos de construção dos planetas fora da linha de neve da água no disco protoplanetário”, disse Cordiner ao Space.com. “Portanto, o mesmo provavelmente se aplica aos cometas interestelares, e eles fornecem informações únicas sobre a partir dos quais os planetas extrasolares poderiam ser formados.”
Os cientistas ainda estão a construir um quadro completo do inventário químico do 3I/ATLAS, mas há algumas coisas que podem dizer nesta fase.
“2I/Borisov e 3I/ATLAS mostram uma composição relativamente rica em carbono em comparação com cometas do sistema solar”, disse Cordiner. “No mínimo, isto implica a presença abundante de carbono no sistema planetário de origem. O 3I/ATLAS também é muito rico em água.”
A presença de deutério e de vários compostos de carbono e oxigénio é indicativa de uma química bastante complexa que ocorreu nos grãos de poeira gelada a partir dos quais o sistema planetário 3I/ATLAS provavelmente se formou, dizendo-nos que as moléculas orgânicas e a água eram componentes importantes dos planetas, mesmo naquele início da história do Universo.
No entanto, o verdadeiro ponto de origem do 3I/ATLAS permanece um mistério, e provavelmente sempre será. Traçar a sua trajetória há mais de 10 milhões de anos torna-se difícil, se não impossível, devido às interações gravitacionais entre o 3I/ATLAS e as estrelas por onde passa, o que perturba a sua trajetória.
No entanto, o conhecimento da sua idade restringe um pouco as coisas.
O disco da Via Láctea está dividido em duas partes – um disco estreito, com 1.000 anos-luz de profundidade, onde ocorre agora a maior parte da formação estelar da nossa galáxia (e onde o nosso Sol nasceu), que está localizado dentro de um disco mais difuso e mais espesso (cerca de 3.000 anos-luz de profundidade). Observações de estrelas no disco espesso pela Agência Espacial Europeia Gaia A missão sugere que o disco espesso começou a formar-se há 13 mil milhões de anos, enquanto o disco fino é considerado muito mais jovem, formando-se há cerca de 9 mil milhões de anos. Se essas idades estiverem corretas, então 3I/ATLAS pode ter vindo de uma estrela de disco grosso.
“Isso parece mais provável quanto mais antigo (3I/ATLAS) for”, disse Cordiner.
Na verdade, o 3I/ATLAS é tão antigo que o sistema estelar que o produziu pode nem existir mais. O 3I/ATLAS é realmente uma relíquia de uma era perdida de formação planetária?
Os resultados estão atualmente aguardando revisão por pares, mas estão disponíveis através de um pré-impressão.
