VAPORES DE METAIS PESADOS ENCONTRADOS INESPERADAMENTE EM COMETAS DO NOSSO SISTEMA SOLAR - E PARA ALÉM DELE 21 de maio de 2021
A deteção dos metais pesados ferro (Fe) e níquel (Ni) na atmosfera difusa de um cometa está ilustrada nesta imagem, que mostra o espectro de luz de C/2016 R2 (PANSTARRS) sobreposto no canto superior esquerdo de uma imagem real do cometa obtida com o telescópio SPECULOOS no Observatório do Paranal do ESO. Cada pico branco no espectro representa um elemento diferente, com os do ferro e do níquel marcados com traços azuis e laranjas, respetivamente. A obtenção de espectros como este é possível graças ao instrumento UVES montado no VLT do ESO, um espectrógrafo de alta resolução que "estica tanto" as riscas que conseguimos identificá-las individualmente. Adicionalmente, o UVES mantém-se sensível a comprimentos de onda que vão até 300 nanómetros. A maior parte das riscas de ferro e níquel aparecem por volta do comprimento de onda de 350 nm, o que significa que as capacidades do UVES foram essenciais para obter estes resultados.
Crédito: ESO/L. Calçada, SPECULOOS Team/E. Jehin, Manfroid et al.
Um novo estudo levado a cabo por uma equipa belga com dados do VLT (Very Large Telescope) do ESO mostrou que existe ferro e níquel nas atmosferas de cometas do Sistema Solar, mesmo nos que se encontram muito afastados do Sol. Um estudo independente de uma equipa polaca, que também usou dados do ESO, anunciou que existe também vapor de níquel no cometa interestelar gelado 2I/Borisov. Esta é a primeira vez que metais pesados, geralmente associados com ambientes quentes, são descobertos nas atmosferas frias de cometas distantes.
"Foi bastante surpreendente detetar ferro e níquel na atmosfera de todos os cometas que observámos nas duas últimas décadas, cerca de 20 objetos, inclusivamente nos que se encontram no meio espacial frio mais afastado do Sol," disse Jean Manfroid da Universidade de Liège, na Bélgica, que liderou o novo estudo sobre cometas do Sistema Solar, publicado na revista Nature.
Os astrónomos sabiam já da existência de metais pesados no interior rochoso e poeirento dos cometas. Mas, uma vez que os metais sólidos não sublimam a temperaturas baixas, ou seja, não se tornam gasosos, não se esperava encontrá-los nas atmosferas de cometas frios que viajam muito para além do Sol. Vapores de níquel e ferro foram agora detetados em cometas observados a mais de 480 milhões de quilómetros do Sol, o que corresponde a mais de três vezes a distância Terra-Sol.
A equipa belga descobriu ferro e níquel nas atmosferas dos cometas em quantidades aproximadamente iguais. O material do nosso Sistema Solar, por exemplo o encontrado no Sol e em meteoritos, contém normalmente cerca de dez vezes mais ferro do que níquel. Este novo resultado tem por isso implicações na nossa compreensão do Sistema Solar primordial, apesar da equipa ainda estar a estudar o que é que isto significará.
"Os cometas formaram-se há cerca de 4,6 mil milhões de anos num Sistema Solar muito jovem, não tendo sofrido alterações desde essa época. Nesse sentido, são como fósseis para os astrónomos," explica o coautor deste trabalho Emmanuel Jehin, também da Universidade de Liège.
Apesar de estudar estes "fósseis" do Sistema Solar com o VLT do ESO há quase 20 anos, a equipa belga não tinha ainda detetado a presença de níquel e ferro nas suas atmosferas. "Esta descoberta escapou-nos durante muitos anos," diz Jehin.
A equipa utilizou dados do instrumento UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph) montado no VLT, capturados com uma técnica chamada espectroscopia, para analisar as atmosferas de cometas a diferentes distâncias do Sol. Esta técnica permite revelar a composição química de objetos cósmicos: cada elemento químico apresenta uma assinatura única — um conjunto de riscas — no espectro de luz do objeto.
A equipa belga detetou riscas espectrais fracas não identificadas nos dados do UVES e após uma análise mais cuidada verificou que estas riscas assinalam a presença de átomos de ferro e níquel. A razão pela qual os elementos pesados foram difíceis de identificar deve-se à sua existência em quantidades muito pequenas: a equipa estima que, para cada 100 quilogramas de água, exista apenas 1 grama de ferro, e a mesma quantidade de níquel, nas atmosferas dos cometas.
"Geralmente temos 10 vezes mais ferro que níquel, mas nas atmosferas destes cometas descobrimos aproximadamente a mesma quantidade de ambos os elementos. Pensamos que estes elementos possam vir de um tipo especial de material existente na superfície do núcleo do cometa, que sublima a temperaturas bastante baixas e liberta ferro e níquel em proporções essencialmente iguais," explica Damien Hutsemékers, também membro da equipa belga da Universidade de Liège.
Apesar da equipa não ter ainda a certeza de que material se tratará, avanços na astronomia — tais como o instrumento METIS (Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph) previsto para o futuro ELT (Extremely Large Telescope) — permitirão aos investigadores confirmar a fonte de átomos de ferro e níquel descobertos nas atmosferas destes cometas.
A equipa belga espera que este seu estudo possa abrir caminho para trabalho futuro. "Agora as pessoas procurarão estas riscas nos seus dados de arquivo de outros telescópios," diz Jehin. "Penso que isto dará também origem a novos trabalhos nesta área."
Metais pesados interestelares
Outro estudo notável publicado na Nature mostra que elementos pesados também estão presentes na atmosfera do cometa interestelar 2I/Borisov. Com o auxílio do espectrógrafo X-shooter montado no VLT do ESO, uma equipa na Polónia observou este objeto, o primeiro cometa alienígena a visitar o nosso Sistema Solar, na altura em que este passou perto de nós, há cerca de ano e meio. A equipa descobriu que a atmosfera fria do 2I/Borisov contém níquel gasoso.
"Inicialmente, não queríamos acreditar na presença de níquel atómico no 2I/Borisov, tão longe do Sol! Tivemos que realizar testes numerosos e muitas verificações para finalmente nos convencermos de que assim era," disse Piotr Guzik da Universidade de Jagiellonian na Polónia, um dos autores deste estudo. Esta descoberta é surpreendente porque, antes dos dois trabalhos publicados, gases com átomos de elementos pesados apenas tinham sido observados em meios quentes, tais como nas atmosferas de exoplanetas ultra-quentes e em cometas em evaporação que passam muito perto do Sol. O 2I/Borisov foi observado quando estava a cerca de 300 milhões de km do Sol, ou seja, a cerca de duas vezes a distância Terra-Sol.
O estudo detalhado de corpos interestelares é fundamental porque nos fornece informações importantes sobre os sistemas planetários alienígenas que lhes deram origem. "De repente, compreendemos que existe níquel gasoso em atmosferas planetárias noutros cantos da Galáxia!" diz o coautor deste estudo Michał Drahus, também da Universidade de Jagiellonian.
Os estudos levados a cabo por estas duas equipas mostram que 2I/Borisov e os cometas do Sistema Solar têm ainda mais a ver uns com os outros do que o que pensávamos anteriormente. "Agora imaginem que os cometas do nosso Sistema Solar têm verdadeiros corpos análogos noutros sistemas planetários — não era tão fixe?" conclui Drahus.
A deteção de níquel (Ni) na atmosfera difusa do cometa interestelar 2I/Borisov está ilustrada nesta imagem, que mostra o espectro de luz do cometa sobreposto no canto inferior direito de uma imagem real do cometa obtida com o VLT do ESO nos finais de 2019 no Observatório do Paranal do ESO. As riscas de níquel estão assinaladas por traços laranja. O espectro foi obtido com o instrumento X-shooter montado no Telescópio Principal 2 (UT2, Kueyen) do VLT, que separa os raios de luz recolhidos nos seus comprimentos de onda constituíntes (equivalentes a cores). Com a sua capacidade de adquirir dados simultaneamente desde o infravermelho próximo até ao ultravioleta, o X-shooter é um dos instrumentos óticos mais versáteis atualmente em uso.
Crédito: ESO/L. Calçada/O. Hainaut, P. Guzik and M. Drahus
