As Origens de Nereida, a Lua Mais Excêntrica de Netuno

Netuno , o mais distante dos planetas, age como um pastor para o sistema solar exterior, dispersando gravitacionalmente asteroides distantes conhecidos como Objetos do Cinturão de Kuiper (KBOs). Compreender a história de Netuno fornece pistas importantes sobre como o restante do sistema solar evoluiu até seu estado atual. 

Imagem original de Neptuno, capturada pela sonda Voyager 2, com cores exageradas. Crédito: NASA/JPL-Caltech

O próprio Netuno é único — inclinado 30 graus em seu eixo, abriga algumas luas incomuns, incluindo Tritão, uma lua do tamanho de Plutão. Tritão orbita Netuno em sentido inverso, um indício de que não se formou ao redor de Netuno, mas sim foi capturado pela gravidade do planeta após sua formação em outro local do sistema solar. Novas observações, juntamente com simulações da história evolutiva de Netuno, indicam que uma lua netuniana frequentemente negligenciada, chamada Nereida, pode revelar o passado do planeta.

A pesquisa foi liderada pelo estudante de pós-graduação Matthew Belyakov e conduzida em colaboração entre os laboratórios do Professor de Ciências Planetárias Konstantin Batygin (PhD '12) e de Mike Brown , Professor Titular da Cátedra Richard e Barbara Rosenberg de Astronomia Planetária e Diretor do Centro de Evolução Planetária Comparada. O trabalho foi publicado na revista Science Advances em 20 de maio.

Júpiter, Saturno e Urano possuem sistemas lunares "típicos", com cada planeta apresentando diversas luas grandes que orbitam próximas e ao longo do plano equatorial do planeta hospedeiro, além de muitas luas menores, chamadas satélites irregulares, localizadas mais distantes em órbitas inclinadas. Netuno, por outro lado, possui apenas uma lua grande, Tritão, que contém 99,9% da massa de todo o seu sistema lunar.

A órbita de Tritão é retrógrada — gira no sentido horário, enquanto Netuno orbita o Sol no sentido anti-horário. Isso significa que Tritão não poderia ter se formado a partir do disco de material que orbitava o planeta no sentido anti-horário, como as luas de Júpiter e Saturno. Em vez disso, acredita-se que Tritão seja um objeto do Cinturão de Kuiper, como Plutão, que foi lançado na órbita de Netuno e aprisionado gravitacionalmente.

Antes da passagem da Voyager 2 por Netuno em agosto de 1989, apenas uma outra lua era conhecida orbitando o planeta: Nereida. Descoberta pelo astrônomo holandês Gerard Kuiper em 1949, Nereida sempre representou um mistério. A lua segue uma órbita excêntrica, descrevendo uma elipse ao redor de Netuno, e está distante do planeta, mas não tão distante quanto os satélites irregulares ao redor dos outros planetas gigantes. Curiosamente, Nereida não possui uma órbita retrógrada como Tritão, e sua órbita é muito menos inclinada do que a de outras luas irregulares do sistema solar. Diante desses detalhes, os cientistas debateram a origem de Nereida por 70 anos, sem conseguir concluir se a lua foi capturada ou se formou em seu próprio corpo.

Em 2024, os estudantes de pós-graduação do Caltech, Matthew Belyakov e M. Ryleigh Davis (MSc '22), utilizaram o Telescópio Espacial James Webb (JWST) para observar o sistema de luas de Netuno, tendo Nereida como um dos alvos. A equipe usou o espectrógrafo de infravermelho próximo do JWST, que decompõe a luz em seus múltiplos comprimentos de onda para obter informações químicas sobre objetos astronômicos.

O espectro de Nereida mostrou-se bastante diferente do espectro de objetos do Cinturão de Kuiper — Nereida era, em vez disso, mais semelhante às luas de Urano. Com base nos dados observacionais, que sugeriam uma origem não capturada para Nereida, Belyakov desenvolveu simulações da evolução das luas de Netuno.

As simulações mostraram que, quando Tritão colidiu com o sistema de Netuno e foi capturado, as luas existentes de Netuno poderiam ter sido lançadas em órbitas excêntricas idênticas à de Nereida. Isso sugere que Nereida se formou in situ ao redor de Netuno, em vez de ser um objeto estranho capturado.

"Compreender o que aconteceu em Netuno é uma das maneiras de desvendarmos os mistérios do início do Sistema Solar, e Nereida é importante para determinar eventos-chave como a captura de Tritão", afirma Belyakov. "Esperamos que este trabalho motive as pessoas a realizarem observações criativas de Nereida, mesmo que ela seja tênue e distante. Ela é tão importante quanto Tritão. Espero que Nereida seja visitada por uma missão durante minha vida."

Sem uma missão desse tipo, muito sobre Nereida provavelmente permanecerá um mistério. As imagens de Nereida obtidas pela Voyager têm apenas alguns pixels de largura. Dando continuidade ao seu trabalho, a equipe pretende construir mais simulações para restringir o momento da captura de Tritão e as possíveis configurações do sistema lunar inicial ao redor de Netuno.

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