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 O₂ ainda 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 O₂ interestelar. 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 O₂ gasoso 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 O₂ preso 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.

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