As origens dos cometas escuros

Até 60% dos objetos próximos à Terra podem ser cometas escuros, asteroides misteriosos que orbitam o Sol em nosso sistema solar e que provavelmente contêm ou continham gelo e podem ter sido uma rota de transporte de água para a Terra, de acordo com um estudo da Universidade de Michigan.

Ilustração de um cometa a flutuar pelo espaço. Crédito: Nicole Smith, ferramenta Midjourney 

As descobertas sugerem que asteroides no cinturão de asteroides, uma região do sistema solar aproximadamente entre Júpiter e Marte que contém grande parte dos asteroides rochosos do sistema, têm gelo subterrâneo, algo que era suspeito desde a década de 1980, de acordo com Aster Taylor , estudante de pós-graduação em astronomia da UM e principal autor do estudo.

O estudo também mostra um caminho potencial para levar gelo para o sistema solar próximo à Terra, diz Taylor. Como a Terra obteve sua água é uma questão de longa data.

“Não sabemos se esses cometas escuros trouxeram água para a Terra. Não podemos dizer isso. Mas podemos dizer que ainda há debate sobre como exatamente a água da Terra chegou aqui”, disse Taylor. “O trabalho que fizemos mostrou que esse é outro caminho para levar gelo de algum lugar no resto do sistema solar para o ambiente da Terra.”

A pesquisa sugere ainda que um objeto grande pode vir dos cometas da família Júpiter, cometas cujas órbitas os levam para perto do planeta Júpiter. Os resultados da equipe são publicados no periódico Icarus.

Cometas escuros são um pouco misteriosos porque combinam características de asteroides e cometas. Asteroides são corpos rochosos sem gelo que orbitam mais perto do sol, tipicamente dentro do que é chamado de linha de gelo. Isso significa que eles estão perto o suficiente do sol para que qualquer gelo que o asteroide possa estar carregando sublimar, ou mudar de gelo sólido diretamente para gás.

Cometas são corpos gelados que mostram uma coma difusa, uma nuvem que frequentemente envolve um cometa. O gelo sublimado carrega poeira junto com ele, criando a nuvem. Além disso, os cometas normalmente têm leves acelerações impulsionadas não pela gravidade, mas pela sublimação do gelo, chamadas acelerações não gravitacionais.

O estudo examinou sete cometas escuros e estima que entre 0,5% e 60% de todos os objetos próximos à Terra podem ser cometas escuros, que não têm comas, mas têm acelerações não gravitacionais. Os pesquisadores também sugerem que esses cometas escuros provavelmente vêm do cinturão de asteroides e, como esses cometas escuros têm acelerações não gravitacionais, as descobertas do estudo sugerem que os asteroides no cinturão de asteroides contêm gelo.

“Achamos que esses objetos vieram do cinturão principal de asteroides interno e/ou externo, e a implicação disso é que esse é outro mecanismo para colocar um pouco de gelo no sistema solar interno”, disse Taylor. “Pode haver mais gelo no cinturão principal interno do que pensávamos. Pode haver mais objetos como esse por aí. Isso pode ser uma fração significativa da população mais próxima. Não sabemos realmente, mas temos muito mais perguntas por causa dessas descobertas.”

Em trabalhos anteriores, uma equipe de pesquisadores, incluindo Taylor, identificou acelerações não gravitacionais em um conjunto de objetos próximos à Terra, chamando-os de "cometas escuros". Eles determinaram que as acelerações não gravitacionais dos cometas escuros são provavelmente o resultado de pequenas quantidades de gelo sublimado.

No trabalho atual, Taylor e colegas queriam descobrir de onde vieram os cometas escuros.

“Objetos próximos da Terra não permanecem em suas órbitas atuais por muito tempo porque o ambiente próximo da Terra é bagunçado”, eles disseram. “Eles só permanecem no ambiente próximo da Terra por cerca de 10 milhões de anos. Como o sistema solar é muito mais antigo do que isso, isso significa que os objetos próximos da Terra estão vindo de algum lugar — que estamos constantemente sendo alimentados com objetos próximos da Terra de outra fonte muito maior.”

Para determinar a origem dessa população de cometas escuros, Taylor e coautores criaram modelos dinâmicos que atribuíram acelerações não gravitacionais a objetos de diferentes populações. Então, eles modelaram um caminho que esses objetos seguiriam, dadas as acelerações não gravitacionais atribuídas ao longo de um período de 100.000 anos. Os pesquisadores observaram que muitos desses objetos acabaram onde os cometas escuros estão hoje, e descobriram que, de todas as fontes potenciais, o cinturão principal de asteroides é o local de origem mais provável.

Um dos cometas escuros chamado 2003 RM, que passa em uma órbita elíptica perto da Terra, depois em direção a Júpiter e volta pela Terra, segue o mesmo caminho que seria esperado de um cometa da família de Júpiter, diz Taylor — ou seja, sua posição é consistente com um cometa que foi empurrado para dentro de sua órbita.

Enquanto isso, o estudo descobre que o resto dos cometas escuros provavelmente vieram da faixa interna do cinturão de asteroides. Como os cometas escuros provavelmente têm gelo, isso mostra que o gelo está presente no cinturão principal interno.

Então, os pesquisadores aplicaram uma teoria previamente sugerida à sua população de cometas escuros para determinar por que os objetos são tão pequenos e giram tão rápido. Os cometas são estruturas rochosas unidas por gelo — imagine um cubo de gelo sujo, diz Taylor. Uma vez que eles são atingidos dentro da linha de gelo do sistema solar, esse gelo começa a liberar gás. Isso causa a aceleração do objeto, mas também pode fazer com que ele gire muito rápido — rápido o suficiente para que o objeto se quebre.

“Esses pedaços também terão gelo, então eles também girarão cada vez mais rápido até se quebrarem em mais pedaços”, disse Taylor. “Você pode continuar fazendo isso conforme for ficando cada vez menor. O que sugerimos é que a maneira de obter esses objetos pequenos e de rotação rápida é pegar alguns objetos maiores e quebrá-los em pedaços.”

À medida que isso acontece, os objetos continuam a perder gelo, ficam ainda menores e giram ainda mais rapidamente.

Os pesquisadores acreditam que, enquanto o cometa escuro maior, 2003 RM, provavelmente era um objeto maior que foi expulso do cinturão principal externo do cinturão de asteroides, os outros seis objetos que eles estavam examinando provavelmente vieram do cinturão principal interno e foram feitos por um objeto que foi empurrado para dentro e depois se partiu.

Fonte: Universidade de Michigan