Cientistas estimam o tempo de vida da nebulosa solar

Através do estudo de magnetizações remanescentes em antigos meteoritos, uma equipe do MIT determinou que a nebulosa solar - o vasto disco de gás e poeira que veio a formar o Sistema Solar - durou entre 3 e 4 milhões de anos. Crédito: Hernan Canellas

Há cerca de 4,6 mil milhões de anos atrás, uma enorme nuvem de hidrogénio gasoso e poeira colapsou sob o seu próprio peso, eventualmente achatando-se num disco chamado nebulosa solar. A maioria deste material interestelar contraiu-se no centro do disco para formar o Sol e parte do gás e da poeira restante desta nebulosa solar condensou-se para formar os planetas e o resto do nosso Sistema Solar.

Agora, cientistas do MIT (Massachusetts Institute of Technology, ou Instituto de Tecnologia do Massachusetts em português) e colegas estimaram a vida útil da nebulosa solar - uma fase crítica durante a qual uma grande parte da evolução do Sistema Solar teve lugar.

Esta nova estimativa sugere que os gigantes gasosos Júpiter e Saturno devem ter-se formado dentro dos primeiros 4 milhões de anos da formação do Sistema Solar. Além disso, é provável que até essa altura tenham completado uma migração das suas posições orbitais.

"Acontecem tantas coisas no início da história do Sistema Solar," comenta Benjamin Weiss, professor de ciências terrestres, atmosféricas e planetárias do MIT. "É claro que os planetas evoluem depois disso, mas a estrutura em larga-escala do Sistema Solar foi essencialmente estabelecida nos primeiros 4 milhões de anos."

Weiss e o pós-doutorado do MIT, Huapei Wang, o autor principal deste estudo, relatam os seus resultados num artigo publicado na revista Science. Os coautores são Brynna Downey, Clement Suavet e Roger Fu do MIT; Xue-Ning Bai do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica; Jun Wang e Jiajun Wang do Laboratório Nacional Brookhaven; e Maria Zucolotto do Museu Nacional do Rio de Janeiro.

Registos espetaculares

Ao estudar as orientações magnéticas em amostras imaculadas de meteoritos antigos formados há 4,653 mil milhões de anos, a equipa determinou que a nebulosa solar durou cerca de 3 a 4 milhões de anos. Este é um valor muito mais preciso do que as estimativas anteriores, que colocaram o tempo de vida da nebulosa solar algures entre 1 e 10 milhões de anos.

A equipe chegou a esta conclusão depois de analisar cuidadosamente angritos, algumas das rochas planetárias mais antigas e pristinas. Os angritos são rochas ígneas, muitas das quais pensa-se que tenham entrado em erupção à superfície de asteroides no início da história do Sistema Solar e, em seguida, arrefecido rapidamente, congelando as suas propriedades originais - incluindo a sua composição e sinais paleomagnéticos.

Os cientistas consideram os angritos registos excecionais do início do Sistema Solar, particularmente porque as rochas também contêm grandes quantidades de urânio, que podem usar para determinar precisamente a sua idade. Os angritos são verdadeiramente espetaculares," realça Weiss. "Muitos parecem-se com o que entra em erupção no Hawaii, mas arrefeceram num planetesimal muito precoce."

Weiss e colegas analisaram quatro angritos que caíram para a Terra em diferentes lugares e épocas.

"Um caiu na Argentina e foi descoberto quando um agricultor cultivava o seu campo," afirma Weiss. "Parecia um artefacto ou uma tigela índia, e o proprietário do terreno ficou com ele na sua casa cerca de 20 anos, até que finalmente decidiu mandar analisá-lo e veio-se a descobrir que era um meteorito muito raro."

Os outros três meteoritos foram descobertos no Brasil, na Antártida e no deserto do Saara. Todos os quatro meteoritos estão notavelmente bem preservados, não tendo sofrido nenhum aquecimento adicional ou grandes mudanças de composição desde a sua formação original.

Medindo bússolas minúsculas

A equipa obteve amostras de todos os quatro meteoritos. Ao medir a proporção de urânio para chumbo em cada uma, os estudos anteriores haviam determinado que os três mais antigos se formaram há cerca de 4,653 mil milhões de anos atrás. Os investigadores mediram então a magnetização remanescente das rochas usando um magnetómetro de precisão no Laboratório de Paleomagnetismo do MIT.

"Os eletrões são como pequenas agulhas das bússolas e se alinharmos muitos deles numa rocha, a rocha torna-se magnetizada," explica Weiss. "Uma vez alinhados, o que pode acontecer quando uma rocha arrefece na presença de um campo magnético, assim ficam. É isso que usamos como registos de antigos campos magnéticos."

Quando colocaram os angritos no magnetómetro, os investigadores observaram muito pouca magnetização remanescente, o que indica a presença de um campo magnético muito fraco durante a formação dos angritos.

A equipa deu um passo em frente e tentou reconstruir o campo magnético que teria produzido os alinhamentos das rochas, ou a falta dele. Para tal, aqueceram as amostras e arrefeceram-nas novamente num campo magnético controlado por laboratório. Podemos continuar a reduzir o campo do laboratório e reproduzir o que está na amostra," diz Weiss. "Descobrimos que só são permitidos campos muito fracos, dado quão pouca magnetização remanescente está nestes três angritos."

Especificamente, a equipe descobriu que a magnetização remanescente dos angritos pode ter sido produzida por um campo magnético extremamente fraco de não mais de 0,6 microteslas, há 4,653 mil milhões de anos atrás, ou cerca de 4 milhões de anos após o início do Sistema Solar. Em 2014, o grupo de Weiss analisou outros meteoritos antigos que se formaram dentro dos primeiros 2 a 3 milhões de anos do Sistema Solar e encontrou evidências de um campo magnético cerca de 10-100 vezes mais forte - aproximadamente 5-50 microteslas.

"Prevê-se que, assim que o campo magnético cai por um fator de 10-100 no Sistema Solar interior, o que agora mostrámos, a nebulosa solar desaparece rapidamente, dentro de 100.000 anos," realça Weiss. "Assim, mesmo que a nebulosa solar não tivesse desaparecido completamente após 4 milhões de anos, estava basicamente acabada."

Os planetas alinham-se

A nova estimativa dos cientistas é muito mais precisa do que as estimativas anteriores, que foram baseadas em observações de estrelas distantes. Além disso, o paleomagnetismo dos angritos restringe a vida da nossa própria nebulosa solar, enquanto as observações astronómicas, obviamente, medem outros sistemas solares distantes," acrescenta Wang. "Dado que o tempo de vida da nebulosa solar afeta criticamente as posições finais de Júpiter e Saturno, também afeta a formação posterior da Terra, o nosso lar, bem como a formação dos outros planetas terrestres."

Agora que os cientistas têm uma melhor ideia de quanto tempo a nebulosa solar persistiu, podem também restringir-se à formação dos planetas gigantes como Júpiter e Saturno. Os planetas gigantes são feitos, na maior parte, de gás e gelo, e existem duas hipóteses principais para o modo como todo este material se aglomerou para formar um planeta. Uma sugere que os gigantes gasosos se formaram a partir do colapso gravitacional de gás, tal como o Sol. A outra sugere que se formaram num processo de duas fases chamado acreção do núcleo, no qual pedaços de material foram esmagados e fundidos para formar corpos gelados e rochosos maiores. Assim que esses corpos se tornaram suficientemente massivos, geraram uma força gravitacional que atraiu grandes quantidades de gás para, finalmente, formar um planeta gigante.

De acordo com previsões anteriores, os planetas gigantes formados através do colapso gravitacional de gás devem completar a sua formação geral em 100.000 anos. A acreção do núcleo, em contraste, pensa-se que demore muito mais tempo, entre 1 e vários milhões de anos. Weiss diz que se a nebulosa solar estivesse presente nos primeiros 4 milhões de anos da formação do Sistema Solar, isto daria suporte ao cenário de acreção do núcleo, que é geralmente mais aceite entre os cientistas.

"Os gigantes gasosos devem ter-se formado 4 milhões de anos após a formação do Sistema Solar," comenta Weiss. "Os planetas moviam-se por todo o sítio, para dentro e para fora ao longo de grandes distâncias, e pensa-se que todos estes movimentos foram impulsionados pelas forças gravitacionais do gás. Estamos a dizer que tudo isto aconteceu nos primeiros 4 milhões de anos."

Fonte: Astronomia OnLine