Como Nascem os Cometas

Compreender como e quando objetos como o Cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko se formaram é de extrema importância na determinação exata de como eles podem ser utilizados para interpretar a formação e evolução iniciais do nosso Sistema Solar.

Um novo estudo que aborda esta questão liderado por Björn Davidsson do ‘Jet Propulsion Laboratory’ (Laboratório de Propulsão a Jato), Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena (EUA), foi publicado na ‘Astronomy & Astrophysics’.

Se os cometas são primordiais, então eles poderiam ajudar a revelar as propriedades da nebulosa solar a partir da qual o Sol, planetas e corpos pequenos se condensaram há 4.6 mil milhões de anos atrás, e os processos que transformaram o nosso sistema planetário na arquitetura que vemos hoje.

A hipótese alternativa é que existem fragmentos jovens resultantes de colisões entre corpos ‘pais’ mais velhos, tais como objetos gelados trans-Neptunianos (TNOs). Estes forneceriam então uma visão para o interior desses corpos maiores, as colisões que os romperam e os processos de construção de novos corpos a partir dos restos dos mais velhos.

 “De qualquer forma, os cometas têm sido testemunhas de eventos importantes da evolução do sistema solar, e é por isso que fizemos estas medições detalhadas com a Rosetta - juntamente com observações de outros cometas – para descobrir qual o cenário mais provável,” diz Matt Taylor, cientista do projeto Rosetta da ESA.

Durante a sua permanência de dois anos no Cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko, a Rosetta revelou um retrato do cometa como de baixa-densidade, alta-porosidade, um corpo com lobo duplo de extensa estratificação, sugerindo que os lobos acumularam material ao longo do tempo antes da sua fusão.

A invulgar elevada porosidade do interior do núcleo fornece a primeira indicação que este crescimento não pode ter sido através de colisões violentas, uma vez que estes teriam compactado o material frágil. Estruturas e recursos em diferentes escalas de tamanhos observados pelas camaras da Rosetta fornecem mais informações sobre a forma como este crescimento pode ter ocorrido.

Estudos anteriores mostraram que a cabeça e o corpo eram objetos originalmente separados, mas a colisão que os fundiu deve ter sido a baixa velocidade de modo a não destruí-los. O fato de que ambas as partes têm camadas semelhantes também revela que eles devem ter sido submetidos a histórias evolutivas semelhantes e que as taxas de sobrevivência contra colisões catastróficas devem ter sido elevadas por um período de tempo significativo.

Eventos de fusão podem também ter acontecido em escalas menores. Por exemplo, foram identificados três “tampões” esféricos na região de Bastet no lobo mais pequeno do cometa e as sugestões são de que eles são restos de pequenos elementos base do cometa que ainda hoje se encontram parcialmente preservados.

Em escalas ainda menores de apenas alguns metros de diâmetro, há os chamados ‘arrepios’ e ‘torrões’, texturas ásperas observadas em numerosos poços e paredes de penhascos expostas em vários locais no cometa.

Embora seja possível que esta morfologia possa surgir apenas através de fraturas, na realidade pensa-se que esta representa uma "granulosidade" intrínseca dos componentes do cometa. Isto é, estes ‘arrepios’ poderiam mostrar o tamanho típico dos menores elementos base do cometa que se acumularam e se fundiram para criá-lo, sendo hoje novamente visíveis através da erosão devida à luz solar.

De acordo com a teoria, as velocidades às quais os elementos base do cometa colidem e fundem mudam ao longo do processo de crescimento, atingindo um pico quando as protuberâncias têm o tamanho de alguns metros. Por esta razão, espera-se que as estruturas com tamanho de um metro sejam mais compactas e resistentes e é particularmente interessante que o material do cometa pareça irregular nesse particular tamanho da escala.

Mais linhas de evidência incluem a análise espectral da composição do cometa mostrando que a superfície sofreu pouca ou nenhuma alteração in situ por água líquida e a análise dos gases, ejetados a partir de gelos sublimados enterrados mais profundamente no interior da superfície, conclui que o cometa é rico em super-voláteis tais como monóxido de carbono, oxigénio, azoto e árgon.

Estas observações implicam que os cometas foram formados em condições extremamente frias e não experienciaram um processamento térmico significativo durante a maior parte das suas vidas. Em vez disso, para explicar as baixas temperaturas, a sobrevivência de determinados gelos e retenção de super-voláteis, devem ter-se acumulado lentamente durante um período de tempo significativo.

 “Enquanto grandes TNOs nos confins do Sistema Solar parecem ter sido aquecidos por substâncias radioativas de curta duração, os cometas não aparentam sinais similares de processamento térmico. Tivemos que resolver este paradoxo, analisando detalhadamente a linha do tempo dos nossos atuais modelos do Sistema Solar, e considerando novas ideias,” diz Björn.

Björn e seus colegas propõem que os membros maiores da população TNO formaram-se rapidamente no primeiro milhão de anos da nebulosa solar, ajudados por fluxos de gás turbulentos que aceleraram rapidamente o seu crescimento para tamanhos de até 400 km.

Cerca de três milhões de anos na história do Sistema Solar, o gás desapareceu da nebulosa solar, deixando para trás material sólido. Então, durante um período muito mais longo de cerca de 400 milhões de anos, os então enormes TNOs acresceram lentamente mais material e foram sujeitos a compactação em camadas, os seus gelos descongelando e congelando outra vez, por exemplo. Alguns TNOs cresceram mesmo para objetos do tamanho de Triton ou Pluto.

Os cometas tomaram um caminho diferente. Após a fase de crescimento inicial rápida dos TNOs, grãos que sobraram, "pedrinhas" de material gelado no frio e partes exteriores da nebulosa solar começaram a unir-se a baixa velocidade, produzindo cometas de cerca de 5 km em tamanho, na altura em que o gás desapareceu da nebulosa solar. As baixas velocidades a que o material se acumulou levou à formação de objetos frágeis com núcleos com elevada porosidade e fraca densidade.

Este crescimento lento também permitiu aos cometas preservarem algum do mais antigo material rico em voláteis da nebulosa solar, uma vez que eles foram capazes de libertar a energia gerada pelo decaimento radioativo dentro deles sem aquecerem demasiado.

Os TNOs maiores tiveram um papel adicional na evolução dos cometas. Ao ‘agitarem’ as órbitas dos cometas, material adicional foi acrescentado a uma velocidade ligeiramente maior nos 25 milhões de anos seguintes, formando as camadas exteriores dos cometas. A agitação também tornou possível que os objetos com poucos quilómetros de tamanho batessem suavemente uns nos outros, levando à natureza de lobos duplos observada nalguns cometas.

Os cometas não parecem apresentar as características esperadas para pilhas de escombros resultantes de colisões, as quais resultam da quebra de grandes objetos como TNOs. Em vez disso, pensamos que eles cresceram suavemente na sombra dos TNOs, sobrevivendo essencialmente sem danos durante 4.6 mil milhões de anos,” conclui Björn.

 “O nosso modelo explica aquilo que vemos nas observações detalhadas da Rosetta sobre o seu cometa, e que tem sido sugerido por missões de passagem anteriores pelo cometa.”

 “Os cometas são realmente a coleção de tesouros do Sistema Solar,” acrescenta Matt.

 “Eles dão-nos uma visão sem precedentes sobre os processos que foram importantes no estaleiro de construção planetária nestes primeiros tempos e como eles se relacionam com a arquitetura do sistema solar que vemos hoje.”

Notas aos Editores

“The primordial nucleus of Comet 67P/Churyumov–Gerasimenko,” (O núcleo primordial do Cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko) por B. Davidsson et al encontra-se publicado na Astronomy & Astrophysics. 

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Bjorn Davidsson
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Matt Taylor
ESA Rosetta Project Scientist
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