Webb ajuda cientistas a entender melhor as origens do sistema solar

Cientistas da Universidade da Flórida Central (UCF) e seus colaboradores descobriram novos insights sobre a formação de objetos gelados distantes no espaço além de Netuno, oferecendo uma compreensão mais profunda da formação e do crescimento do nosso sistema solar.

Crédito: CC0 Domínio Público 

Usando o Telescópio Espacial James Webb (JWST), cientistas analisaram corpos distantes — conhecidos como Objetos Transnetunianos (TNOs) — e encontraram traços variados de metanol . As descobertas estão ajudando a classificar melhor os diferentes TNOs e a compreender as complexas reações químicas no espaço que podem estar relacionadas à formação do nosso sistema solar e à origem da vida.

As descobertas, publicadas no The Astronomical Journal Letters , revelam dois grupos distintos de TNOs com presença de metanol no gelo da superfície: um com uma quantidade reduzida de metanol na superfície e um grande reservatório abaixo da superfície, e outro, mais distante do sol, com uma presença geral de metanol mais fraca.

O estudo sugere que a irradiação cósmica ao longo de bilhões de anos pode ter desempenhado um papel na distribuição variável de metanol do primeiro grupo, ao mesmo tempo em que levanta novas questões sobre as assinaturas silenciadas do segundo grupo.

Retornando no tempo e no espaço

Os TNOs são importantes para nossa compreensão das origens do nosso sistema solar porque são remanescentes incrivelmente bem preservados do disco protoplanetário — ou disco de gás e poeira ao redor de uma estrela jovem como o Sol — e podem dar aos cientistas uma visão completa do passado.

A professora de pesquisa do Departamento de Física da UCF, Noemí Pinilla-Alonso, que agora trabalha na Universidade de Oviedo, na Espanha, coliderou a pesquisa como parte do programa Descobrindo as composições de superfície de objetos transnetunianos (DiSCo), liderado pela UCF, que inclui a professora associada do Instituto Espacial da Flórida (FSI) da UCF, Ana Carolina de Souza-Feliciano.

Pinilla-Alonso diz que a pesquisa ajuda a juntar as peças da história da química do sistema solar e a obter insights sobre exoplanetas, onde o metanol e o metano desempenham um papel crucial na formação de atmosferas e indicam as condições de mundos potencialmente habitáveis.

"Metanol, um álcool simples, foi encontrado em cometas e TNOs distantes, sugerindo que pode ser um ingrediente primitivo herdado dos primeiros dias do nosso sistema solar — ou mesmo do espaço interestelar", diz Pinilla-Alonso.

Mas o metanol é mais do que apenas um resquício do passado. Quando exposto à radiação, ele se transforma em novos compostos, agindo como uma cápsula do tempo química que revela como esses mundos gelados evoluíram ao longo de bilhões de anos.

O gelo de metanol é um precursor essencial que pode levar a moléculas orgânicas como açúcares, e sua descoberta em TNOs abre caminho para muito mais, diz ela.

Essas diferenças espectrais revelam que nem todos os TNOs se formaram a partir dos mesmos ingredientes moleculares, afirma Pinilla-Alonso. Em vez disso, suas composições refletem suas origens — onde e como se formaram — e suas transformações ao longo do tempo.

"O que mais me entusiasmou foi perceber que essas diferenças estavam ligadas ao comportamento do metanol — um ingrediente-chave que há muito tempo era desconhecido nos TNOs a partir de observações terrestres", diz ela. "Nossas descobertas sugerem que o metanol está sendo destruído na superfície dos TNOs pela irradiação, mas permanece mais abundante no subsolo, protegido dessa exposição."

Pinilla-Alonso trabalhou com pesquisadores da UCF FSI, incluindo de Souza-Feliciano, que sintetizaram os dados de laboratório com modelagem para explicar melhor o comportamento do metanol.

De Souza-Feliciano ajudou a visualizar melhor as descobertas ao reproduzir algumas das características espectrais que os cientistas estavam observando e, portanto, pôde dar suporte matemático aos dados do estudo.

"Uma das maiores surpresas veio do comportamento do metanol", diz de Souza-Feliciano. "A partir de dados de laboratório, suas assinaturas em comprimentos de onda mais curtos diferem das assinaturas fundamentais em comprimentos de onda mais longos."

De Souza-Feliciano colaborou em projetos de pesquisa anteriores do DiSCo usando JWST que caracterizaram objetos binários e outros TNOs distantes.

"O artigo principal do DiSCo abordou as principais características dos três grupos de TNOs", diz ela. "Este artigo detalha um deles, conhecido como grupo cliff, que é o apelido do grupo espectral em que a reflectância não aumentou após aproximadamente 3,3 micrômetros."

Esses TNOs do grupo de penhascos não são apenas cápsulas do tempo do nosso sistema solar, mas o grupo abriga TNOs clássicos frios que permaneceram em grande parte no mesmo lugar desde sua formação, diz de Souza-Feliciano.

"Uma das razões pelas quais este grupo é fundamental para a compreensão do Sistema Solar Exterior é porque ele contém todos os TNOs clássicos frios", diz ela. "Os TNOs clássicos frios são o único grupo dinâmico que provavelmente permaneceu no local onde se formaram desde a formação do Sistema Solar até hoje."

Rosario Brunetto, astrônoma da Universidade Paris-Saclay, liderou a pesquisa com os colegas cientistas Elsa Hénault e Sasha Cryan. 

Ele diz acreditar que essa descoberta colaborativa fornecerá conhecimento fundamental sobre o nosso sistema solar e despertará o interesse pela ciência planetária.

"Esta descoberta não apenas reformula nossa compreensão dos TNOs, mas também fornece uma referência crucial para interpretar as observações do JWST de outros objetos distantes, como troianos de Netuno, centauros e asteroides, bem como para futuras missões de exploração do sistema solar externo", diz Brunetto.

"Além de sua importância científica, a busca por metanol no sistema solar também alimenta a curiosidade e inspira novas gerações a explorar o cosmos e entender as evoluções químicas no espaço."

O cientista assistente do FSI da UCF, Charles Schambeau, e a estudante de pós-graduação em física da UCF, Brittany Harvison, também contribuíram para a pesquisa.

Phys.org