Vapores de metal pesado encontrados inesperadamente em cometas em todo o nosso Sistema Solar - e além

A detecção dos metais pesados ​​ferro (Fe) e níquel (Ni) na atmosfera difusa de um cometa são ilustrados nesta imagem, que apresenta o espectro de luz de C / 2016 R2 (PANSTARRS) no canto superior esquerdo sobreposto a um real imagem do cometa tirada com o telescópio SPECULOOSno Observatório do Paranal do ESO. Cada pico branco no espectro representa um elemento diferente, com aqueles para ferro e níquel indicados por traços azuis e laranja, respectivamente. Espectros como esses são possíveis graças ao instrumento UVES no VLT do ESO, um espectrógrafo de alta resolução que espalha a linha tanto que podem ser identificados individualmente. Além disso, o UVES permanece sensível até comprimentos de onda de 300 nm. A maioria das linhas importantes de ferro e níquel aparecem em comprimentos de onda de cerca de 350 nm, o que significa que as capacidades do UVES foram essenciais para fazer essa descoberta. Crédito: ESO / L. Calçada, SPECULOOS Team / E. Jehin, Manfroid et al.

Um novo estudo feito por uma equipe belga usando dados do Very Large Telescope do European Southern Observatory (ESO's VLT) mostrou que o ferro e o níquel existem na atmosfera dos cometas em todo o nosso Sistema Solar, mesmo aqueles distantes do Sol. Um estudo separado feito por uma equipe polonesa, que também usou dados do ESO, relatou que o vapor de níquel também está presente no cometa interestelar gelado 2I / Borisov. Esta é a primeira vez que metais pesados, geralmente associados a ambientes quentes, foram encontrados nas atmosferas frias de cometas distantes. 

“Foi uma grande surpresa detectar átomos de ferro e níquel na atmosfera de todos os cometas que observamos nas últimas duas décadas, cerca de 20 deles, e mesmo em alguns distantes do Sol no ambiente do espaço frio”, diz Jean Manfroid da Universidade de Liège, Bélgica, que liderou o novo estudo sobre cometas do Sistema Solar publicado hoje na Nature . 

Os astrônomos sabem que os metais pesados ​​existem no interior empoeirado e rochoso dos cometas. Mas, como os metais sólidos geralmente não “sublimam” (tornam-se gasosos) em baixas temperaturas, eles não esperavam encontrá-los na atmosfera de cometas frios que viajam para longe do sol. Vapores de níquel e ferro já foram detectados em cometas observados a mais de 480 milhões de quilômetros do Sol, mais de três vezes a distância Terra-Sol. 

A equipe belga encontrou ferro e níquel na atmosfera dos cometas em quantidades aproximadamente iguais. O material em nosso Sistema Solar, por exemplo aquele encontrado no Sol e em meteoritos, geralmente contém cerca de dez vezes mais ferro do que níquel. Este novo resultado, portanto, tem implicações para a compreensão dos astrônomos do início do Sistema Solar, embora a equipe ainda esteja decodificando o que são. 

“Os cometas se formaram há cerca de 4,6 bilhões de anos, no muito jovem Sistema Solar, e não mudaram desde então. Nesse sentido, são como fósseis para astrônomos ”, diz o coautor do estudo Emmanuel Jehin, também da Universidade de Liège. 

Embora a equipe belga tenha estudado esses objetos “fósseis” com o VLT do ESO por quase 20 anos, eles não haviam detectado a presença de níquel e ferro em suas atmosferas até agora. “Essa descoberta ficou fora do radar por muitos anos”, diz Jehin. 

A equipe usou dados do instrumento Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph ( UVES ) no VLT do ESO, que usa uma técnica chamada espectroscopia , para analisar a atmosfera de cometas em diferentes distâncias do sol. Essa técnica permite que os astrônomos revelem a composição química dos objetos cósmicos: cada elemento químico deixa uma assinatura única - um conjunto de linhas - no espectro da luz dos objetos. 

A equipe belga identificou linhas espectrais fracas e não identificadas em seus dados UVES e, em uma inspeção mais detalhada, notou que elas sinalizavam a presença de átomos neutros de ferro e níquel. Uma razão pela qual os elementos pesados ​​eram difíceis de identificar é que eles existem em quantidades muito pequenas: a equipe estima que para cada 100 kg de água na atmosfera dos cometas há apenas 1 g de ferro e aproximadamente a mesma quantidade de níquel. 

“Normalmente há 10 vezes mais ferro do que níquel, e nessas atmosferas de cometas encontramos quase a mesma quantidade para os dois elementos. Chegamos à conclusão de que eles podem vir de um tipo especial de material na superfície do núcleo do cometa, sublimando a uma temperatura bastante baixa e liberando ferro e níquel nas mesmas proporções ”, explica Damien Hutsemékers, também membro do Belgian equipe da Universidade de Liège. 

Embora a equipe ainda não tenha certeza de que material isso pode ser, os avanços na astronomia - como o Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph ( METIS ) no próximo Extremely Large Telescope ( ELT ) do ESO - permitirão aos pesquisadores confirmar a fonte do átomos de ferro e níquel encontrados na atmosfera desses cometas. 

A equipe belga espera que seu estudo abra caminho para pesquisas futuras. “Agora as pessoas procurarão essas linhas em seus dados de arquivo de outros telescópios”, diz Jehin. “Achamos que isso também irá desencadear novos trabalhos sobre o assunto.” 

Metais pesados ​​interestelares

Outro estudo notável publicado hoje na Nature mostra que metais pesados ​​também estão presentes na atmosfera do cometa interestelar 2I / Borisov . Uma equipe na Polônia observou este objeto, o primeiro cometa alienígena a visitar nosso Sistema Solar, usando o espectrógrafo X-shooter no VLT do ESO quando o cometa voou por cerca de um ano e meio atrás. Eles descobriram que a atmosfera fria de 2I / Borisov contém níquel gasoso. 

“No início, foi difícil acreditar que o níquel atômico pudesse realmente estar presente em 2I / Borisov tão longe do sol. Foram necessários vários testes e verificações antes que pudéssemos nos convencer ”, diz o autor do estudo, Piotr Guzik, da Universidade Jagiellonian, na Polônia. O achado é surpreendente porque, antes dos dois estudos publicados hoje, gases com átomos de metais pesados ​​só eram observados em ambientes quentes, como nas atmosferas de exoplanetas ultraquentes ou cometas em evaporação que passaram muito perto do Sol. 2I / Borisov foi observado quando estava a cerca de 300 milhões de quilômetros de distância do Sol, ou cerca de duas vezes a distância Terra-Sol. 

O estudo detalhado dos corpos interestelares é fundamental para a ciência porque eles carregam informações valiosas sobre os sistemas planetários alienígenas dos quais se originam. “De repente, entendemos que o níquel gasoso está presente em atmosferas cometárias em outros cantos da Galáxia”, diz o co-autor Michał Drahus, também da Universidade Jagiellonian. 

Os estudos poloneses e belgas mostram que os cometas 2I / Borisov e do Sistema Solar têm ainda mais em comum do que se pensava anteriormente. “Agora imagine que os cometas do nosso Sistema Solar têm seus verdadeiros análogos em outros sistemas planetários - quão legal é isso?”, Conclui Drahus.

Fonte: ESO