AS CABELEIRAS DOS COMETAS PODEM SER VERDES, MAS NUNCA AS SUAS CAUDAS. APÓS 90 ANOS, FINALMENTE SABEMOS PORQUÊ 31 de dezembro de 2021
Exposição de três minutos do Cometa Lovejoy, obtida no dia 19 de novembro de 2013, que mostra a cabeleira e a sua cauda.
Crédito: NASA/MSFC/Jacobs Technology/ESSSA/Aaron Kingery
De vez em quando, a Cintura de Kuiper e a Nuvem de Oort lançam "bolas de neve" galácticas compostas de gelo, poeira e rocha na nossa direção: remanescentes da formação do Sistema Solar com 4,6 mil milhões de anos.
Estas "bolas de neve" - os cometas - passam por uma metamorfose colorida ao cruzarem o céu, e muitos núcleos ganham uma cabeleira esverdeada que fica mais brilhante à medida que se aproximam do Sol.
Mas, estranhamente, este tom de cor desaparece antes de alcançar a cauda (ou as duas caudas) que fica para trás do cometa.
Os astrónomos, cientistas e químicos há quase um século que querem resolver este mistério. Na década de 1930, o físico Gerhard Herzeberg teorizou que o fenómeno se devia à luz solar que destruía o carbono diatómico (também conhecido como dicarbono ou C2), uma substância química criada a partir da interação entre a luz solar e a matéria orgânica no núcleo do cometa - mas, dado que o dicarbono não é estável, esta teoria tem sido difícil de testar.
Um novo estudo liderado pela Universidade de Nova Gales do Sul em Sydney, Austrália, e publicado a semana passada na revista PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), encontrou finalmente uma forma de testar esta reação química num laboratório - e, ao fazê-lo, provou que esta teoria com 90 anos está correta.
"Provámos o mecanismo pelo qual o dicarbono é quebrado pela luz solar," diz Timothy Schmidt, professor de química na Universidade de Nova Gales do Sul e autor sénior do estudo.
"Isto explica porque é que a cabeleira esverdeada - a camada difusa de gás e poeira que rodeia o núcleo - encolhe à medida que um cometa se aproxima do Sol, e também porque é que a cauda do cometa não é verde."
O jogador-chave no centro do mistério, o dicarbono, é altamente reativo e responsável por dar a muitos cometas a sua cor verde. É composto por dois átomos de carbono ligados entre si e só pode ser encontrado em ambientes extremamente energéticos ou com pouco oxigénio, como estrelas, cometas e no meio interestelar.
O dicarbono não existe nos cometas até que estes se aproximam do Sol. À medida que o Sol começa a aquecer o cometa, a matéria orgânica presente no núcleo gelado evapora e passa para a cabeleira. A luz solar decompõe então estas moléculas orgânicas maiores, criando o dicarbono.
A equipa científica mostrou agora que à medida que o cometa se aproxima cada vez mais do Sol, a radiação ultravioleta extrema parte as moléculas de dicarbono que recentemente criou, num processo chamado "fotodissociação". Este processo destrói o dicarbono antes de se poder afastar para longe do núcleo, tornando a cabeleira verde ainda mais brilhante e encolhendo-a - e também se certificando de que o tom verde nunca chega à cauda.
É a primeira vez que esta interação química foi estudada aqui na Terra.
"Acho incrível que alguém na década de 1930 tenha pensado que era provavelmente isto que estava a acontecer, até ao nível de detalhe do mecanismo de como estava a acontecer e, 90 anos depois, descobrimos que é o que está a ocorrer," diz Jasmin Borsovszky, autora principal do estudo e ex-aluna da mesma universidade australiana.
"Herzberg foi um físico incrível e ganhou um Prémio Nobel da Química na década de 1970. É bastante emocionante poder provar uma das coisas que teorizou."
O professor Schmidt, que estuda o dicarbono há 15 anos, diz que os resultados nos ajudam a compreender melhor tanto o dicarbono como os cometas.
"O dicarbono tem origem na quebra de moléculas orgânicas maiores congeladas no núcleo do cometa - o tipo de moléculas que são os ingredientes da vida," diz.
"Ao compreender a sua vida e destruição, podemos compreender melhor quanta matéria orgânica está a evaporar dos cometas. Descobertas como estas podem um dia ajudar-nos a resolver outros mistérios espaciais."
Um espetáculo laser como nenhum outro
Para resolver este puzzle, a equipa precisava de recriar o mesmo processo químico galáctico num ambiente controlado na Terra.
Conseguiram isto com a ajuda de uma câmara de vácuo, muitos lasers e uma poderosa reação cósmica.
"Primeiro tivemos que fabricar esta molécula que é demasiado reativa para ser armazenada numa garrafa," diz o professor Schmidt. "Não é algo que pudéssemos comprar nas lojas.
"Conseguimos isto pegando numa molécula maior, conhecida como percloroetileno ou C2Cl4, e expelindo os seus átomos de cloro (Cl) com um laser UV de alta potência."
As recém-produzidas moléculas de dicarbono foram enviadas através de um feixe de gás numa câmara de vácuo, que tinha cerca de dois metros de comprimento.
A equipa então apontou outros dois lasers UV para o dicarbono: um para o inundar de radiação, o outro para tornar os seus átomos detetáveis. O impacto da radiação "rasgou" o dicarbono, enviando os seus átomos de carbono contra um detetor de velocidade.
Através da análise da velocidade destes velozes átomos, a equipa conseguiu medir a força da ligação de carbono a cerca de um em cada 20.000 - o que é como medir 200 metros até ao centímetro mais próximo.
Borsovszky diz que, devido à complexidade da experiência, foram necessários nove meses para que pudessem fazer a sua primeira observação.
"Estávamos prestes a desistir," realça. "Demorou tanto tempo para que tudo estivesse precisamente alinhado no espaço e no tempo.
"Os três lasers eram todos invisíveis, por isso tentámos muitas vezes para acertar no alvo 'no escuro'."
O professor Schmidt diz que esta é a primeira vez que alguém observa esta reação química.
"É extremamente satisfatório ter resolvido um enigma que remonta à década de 1930."
Resolvendo mistérios espaciais
Existem cerca de 3700 cometas conhecidos no Sistema Solar, embora se suspeite que possam haver milhares de milhões. Em média, o núcleo de um cometa tem um tamanho de 10 quilómetros - mas a sua cabeleira é frequentemente 1000 vezes maior.
Os cometas brilhantes podem dar espetáculos celestes àqueles que têm a sorte de os ver. Mas, no passado, os cometas podem ter feito mais do que isso pela Terra - de facto, uma das teorias sobre a origem da vida diz que os cometas entregaram os blocos de construção da vida mesmo à nossa porta.
"Esta excitante investigação mostra-nos quão complexos são os processos no espaço interestelar," diz o professor Martin van Kranendonk, astrobiólogo e geólogo da Universidade de Novas Gales do Sul, que não esteve envolvido no estudo.
"A Terra primitiva teria tido uma confusão de diferentes moléculas portadoras de carbono entregues à sua superfície, permitindo que reações ainda mais complexas ocorressem no período que antecede a vida."
Agora que o caso do tom esverdeado que desaparece nos cometas está resolvido, o professor Schmidt, especialista em química espacial, quer continuar a resolver outros mistérios espaciais.
Em seguida, espera investigar bandas interestelares difusas: padrões de linhas escuras entre estrelas que não correspondem a nenhum átomo ou molécula que conhecemos.
"As bandas interestelares difusas são um grande mistério não resolvido," diz. "Não sabemos por que razão a luz que chega à Terra tem 'mordidelas' frequentes.
"Este é apenas mais um mistério no enorme inventário de coisas bizarras no espaço que ainda temos que resolver."
O Cometa SWAN, fotografado em abril de 2020 a partir da Namíbia.
Crédito: Gerald Rhemann
Foto do Cometa Leonard, que passou há pouco tempo o mais perto da Terra. Está atualmente a desvanecer de brilho e a passar para os céus do hemisfério sul.
Crédito: Dan Bartlett
