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UMA HISTÓRIA PARA A ORIGEM DE UMA FAMÍLIA DE METEORITOS INVULGARES
28 de julho de 2020

 


Amostras de uma família de meteoritos raros, incluindo o da imagem, revelam que o seu planetesimal de origem, formado nos estágios inciais do Sistema Solar, era um objeto complexo e com camadas, com um núcleo líquido e uma crosta sólida, semelhante à Terra.
Crédito: Carl Agee, Instituto de Meteorítica, Universidade do Novo México; fundo editado por MIT News

 

A maioria dos meteoritos que caem na Terra são fragmentos de planetesimais, os corpos protoplanetários mais antigos do Sistema Solar. Os cientistas pensavam que estes corpos primordiais ou derreteram completamente no início da sua história ou permaneceram como pilhas de entulho não derretido.

Mas uma família de meteoritos tem confundido os investigadores desde a sua descoberta na década de 1960. Os diversos fragmentos, encontrados por todo o mundo, parecem ter-se separado do mesmo corpo primordial, mas a composição destes meteoritos indica que este objeto estava derretido e não derretido.

Agora, investigadores do MIT e de outras instituições determinaram que o corpo parental destes meteoritos raros era de facto um objeto diferenciado e com várias camadas que provavelmente tinha um núcleo metálico. Este núcleo era suficientemente grande para gerar um campo magnético que pode ter sido tão forte quanto o campo magnético da Terra é hoje.

Os seus resultados, publicados na revista Science Advances, sugerem que a diversidade dos primeiros objetos do Sistema Solar pode ter sido mais complexa do que os cientistas supunham.

"Este é um exemplo de um planetesimal que deve ter tido camadas sólidas e líquidas. Incentiva a busca por mais evidências de estruturas planetárias compostas," diz a autora principal Clara Maurel, estudante do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT. "Compreender todo o espectro de estruturas, de sólido a totalmente líquido, é fundamental para decifrar como os planetesimais se formaram no início do Sistema Solar."

Os coautores de Maurel incluem o professor Benjamin Weiss do mesmo departamento do MIT, juntamente com colaboradores da Universidade de Oxford, da Universidade de Cambridge, da Universidade de Chicago, do Laboratório Nacional Lawrence em Berkeley e do SwRI (Southwest Research Institute).

Ferros estranhos

O Sistema Solar formou-se há cerca de 4,5 mil milhões de anos a partir de um turbilhão superquente de gás e poeira. À medida que este disco arrefecia gradualmente, pedaços de material colidiam e fundiam-se para formar corpos progressivamente maiores, como planetesimais.

A maioria dos meteoritos que caem para a Terra têm composições que sugerem que vieram de planetesimais primitivos de dois tipos: derretidos e não derretidos. Os dois tipos de objetos, pensam os cientistas, teriam sido formados relativamente depressa, em poucos milhões de anos, no início da evolução do Sistema Solar.

Se um planetesimal se formou nos primeiros 1,5 milhões de anos do Sistema Solar, elementos radiogénicos de vida curta podiam ter derretido totalmente o corpo devido ao calor libertado pelo seu decaimento. Os planetesimais sólidos podem ter-se formado mais tarde, quando o seu material apresentava menos quantidades de elementos radiogénicos, insuficientes para os derreter.

Há poucas evidências, no registo de meteoritos, de objetos intermédios com composições não derretidas e derretidas, à exceção de uma família rara de meteoritos chamados IIE ferro.

"Estes IIE ferros são meteoritos estranhos," disse Weiss. "Mostram evidências de que vieram de objetos primordiais que nunca derreteram, mas também evidências de que vieram de um corpo completamente ou pelo menos substancialmente derretido. Nós não sabemos onde colocá-los e foi isso que nos fez debruçar sobre eles."

Zonas magnéticas

Os cientistas descobriram anteriormente que os meteoritos IIE derretidos e não derretidos tiveram origem no mesmo planetesimal antigo, que provavelmente tinha uma crosta sólida sobre um manto líquido, como a Terra. Maurel e seus colegas perguntaram-se se o planetesimal também podia ter tido um núcleo metálico derretido.

"Será que este objeto derreteu o suficiente para que o material afundasse para o centro e formasse um núcleo metálico como o da Terra?" disse Maurel. "Era essa a peça que faltava na história destes meteoritos."

A equipa argumentou que, caso o planetesimal realmente tivesse hospedado um núcleo metálico, podia muito bem ter gerado um campo magnético, semelhante à forma como o núcleo líquido da Terra produz um campo magnético. Um campo tão antigo pode ter feito com que os minerais no planetesimal "apontassem" na direção do campo, como uma agulha numa bússola. Certos minerais podem ter mantido este alinhamento durante milhares de milhões de anos.

Maurel e colegas perguntaram-se se podiam encontrar estes minerais em amostras de meteoritos IIE que haviam caído para a Terra. Obtiveram dois meteoritos, que analisaram em busca de um tipo de mineral de níquel-ferro conhecido pelas suas propriedades excecionais de registo magnético.

A equipa analisou as amostras usando o ALS (Advanced Light Source) do Berkeley Lab, que produz raios-X que interagem com os grãos minerais em escalas nanométricas, de maneira a revelar a direção magnética dos minerais.

E assim foi. Os eletrões em vários grãos estavam alinhados numa direção semelhante - evidência de que o corpo parental gerou um campo magnético, com possivelmente até várias dezenas de microtesla, equivalente à força do campo magnético da Terra. Após descartar fontes menos plausíveis, a equipa concluiu que o campo magnético era provavelmente produzido por um núcleo metálico líquido. Para gerar este campo, estimam que o núcleo deve ter tido pelo menos várias dezenas de quilómetros de diâmetro.

Tais planetesimais complexos com composição mista (com camadas derretidas, na forma de um núcleo e manto líquidos, e não derretidas na forma de uma crosta sólida), diz Maurel, provavelmente teriam levado vários milhões de anos para se formar - um período de formação que é mais do que o que os cientistas haviam assumido até recentemente.

Mas de onde, dentro do corpo original, vieram estes meteoritos? Se o campo magnético tivesse sido gerado pelo núcleo do corpo original, isso significaria que os fragmentos que finalmente caíram na Terra não podiam ter vindo do próprio núcleo. Isto porque um núcleo líquido gera apenas um campo magnético enquanto gira e está quente. Quaisquer minerais que registassem o antigo campo magnético devem tê-lo feito fora do núcleo, antes deste arrefecer completamente.

Trabalhando com colaboradores da Universidade de Chicago, a equipa realizou simulações de alta velocidade de vários cenários de formação para estes meteoritos. Estas mostraram ser possível que um corpo com um núcleo líquido colidisse com outro objeto e que esse impacto desalojasse material do núcleo. Este material migraria para zonas próximas da superfície onde os meteoritos tiveram origem.

"À medida que o corpo arrefece, os meteoritos nestas regiões imprimem este campo magnético nos seus minerais. A determinado ponto, o campo magnético decairá, mas a impressão permanece," diz Maurel. "Mais tarde, este corpo passaria por muitas outras colisões até às colisões finais que colocariam os meteoritos na trajetória da Terra."

Será que este planetesimal complexo era um "outlier" do início do Sistema Solar, ou um de muitos objetos diferenciados? A resposta, diz Weiss, pode estar na cintura de asteroides, uma região povoada por remanescentes primordiais.

"A maioria dos corpos da cintura de asteroides parece não derretido à superfície," diz Weiss. "Se finalmente conseguirmos ver o interior dos asteroides, podemos testar esta ideia. Talvez alguns asteroides estejam derretidos por dentro, e corpos como este planetesimal sejam realmente comuns."

 


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// MIT News (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Science Advances)

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