Cerca de 4,6 bilhões de anos atrás, uma enorme nuvem de gás hidrogênio e poeira colapsou sob seu próprio peso, eventualmente se achatando em um disco chamado nebulosa solar. A maior parte deste material interestelar se contraiu no centro do disco para formar o sol, e parte do gás e poeira remanescentes da nebulosa solar condensaram-se para formar os planetas e o resto do nosso sistema solar.

Agora, os cientistas do MIT e seus colegas estimaram o tempo de vida da nebulosa solar - um estágio-chave durante o qual grande parte da evolução do sistema solar tomou forma.

Esta nova estimativa sugere que os gigantes gasosos Júpiter e Saturno devem ter se formado nos primeiros 4 milhões de anos da formação do sistema solar. Além disso, eles devem ter concluído a migração acionada por gás de suas posições orbitais neste momento.

"Tanta coisa acontece logo no início da história do sistema solar, "diz Benjamin Weiss, professor de terra, atmosférico, e ciências planetárias no MIT. "Claro que os planetas evoluem depois disso, mas a estrutura em grande escala do sistema solar foi essencialmente estabelecida nos primeiros 4 milhões de anos. "

Weiss e o pós-doutorado do MIT Huapei Wang, o primeiro autor deste estudo, relatar seus resultados hoje no jornal Ciência . Seus co-autores são Brynna Downey, Clement Suavet, e Roger Fu do MIT; Xue-Ning Bai do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics; Jun Wang e Jiajun Wang do Laboratório Nacional de Brookhaven; e Maria Zucolotto do Museu Nacional do Rio de Janeiro.

Gravadores espetaculares

Ao estudar as orientações magnéticas em amostras imaculadas de meteoritos antigos que se formaram há 4,653 bilhões de anos, a equipe determinou que a nebulosa solar durou cerca de 3 a 4 milhões de anos. Este é um número mais preciso do que as estimativas anteriores, que colocou a vida útil da nebulosa solar em algo entre 1 e 10 milhões de anos.

A equipe chegou à conclusão depois de analisar cuidadosamente as raivas, que são algumas das rochas planetárias mais antigas e puras. As raivas são rochas ígneas, muitos dos quais acredita-se que surgiram na superfície dos asteróides no início da história do sistema solar e, em seguida, resfriaram rapidamente, congelando suas propriedades originais - incluindo sua composição e sinais paleomagnéticos - no lugar.

Os cientistas vêem as raivas como gravadores excepcionais do início do sistema solar, particularmente porque as rochas também contêm grandes quantidades de urânio, que eles podem usar para determinar com precisão sua idade.

"As raivas são realmente espetaculares, "Weiss diz." Muitos deles parecem o que pode estar em erupção no Havaí, mas eles esfriaram em um planetesimal muito inicial. "

Weiss e seus colegas analisaram quatro raivas que caíram na Terra em diferentes lugares e horários.

"Um caiu na Argentina, e foi descoberto quando um trabalhador rural estava cultivando seu campo, "Weiss diz." Parecia um artefato indiano ou tigela, e o dono da terra ficou com esta casa por cerca de 20 anos, até que ele finalmente decidiu analisá-lo, e acabou por ser um meteorito realmente raro. "

Os outros três meteoritos foram descobertos no Brasil, Antártica, e o deserto do Saara. Todos os quatro meteoritos foram notavelmente bem preservados, não tendo sofrido aquecimento adicional ou grandes mudanças de composição desde que se formaram originalmente.

Medindo bússolas minúsculas

A equipe obteve amostras de todos os quatro meteoritos. Ao medir a proporção de urânio para chumbo em cada amostra, estudos anteriores determinaram que os três mais antigos se formaram há cerca de 4,653 bilhões de anos. Os pesquisadores então mediram a magnetização remanescente das rochas usando um magnetômetro de precisão no Laboratório de Paleomagnetismo do MIT.

"Os elétrons são pequenas agulhas de bússola, e se você alinhar um monte deles em uma rocha, a rocha fica magnetizada, "Weiss explica." Uma vez que eles estão alinhados, que pode acontecer quando uma rocha esfria na presença de um campo magnético, então eles permanecem assim. Isso é o que usamos como registros de campos magnéticos antigos. "

Quando eles colocaram as raivas no magnetômetro, os pesquisadores observaram muito pouca magnetização remanescente, indicando que havia muito pouco campo magnético presente quando as angrites se formaram.

A equipe deu um passo além e tentou reconstruir o campo magnético que teria produzido os alinhamentos das rochas, ou a falta dela. Para fazer isso, eles aqueceram as amostras, em seguida, resfriou-os novamente em um campo magnético controlado por laboratório.

"Podemos continuar reduzindo o campo do laboratório e reproduzir o que está na amostra, "Weiss diz." Descobrimos que apenas campos de laboratório muito fracos são permitidos, dada a pouca magnetização remanescente nessas três raivas. "

Especificamente, a equipe descobriu que a magnetização remanescente das angrites poderia ter sido produzida por um campo magnético extremamente fraco de não mais do que 0,6 microteslas, 4,653 bilhões de anos atrás, ou, cerca de 4 milhões de anos após o início do sistema solar.

Em 2014, O grupo de Weiss analisou outros meteoritos antigos que se formaram nos primeiros 2 a 3 milhões de anos do sistema solar, e encontraram evidências de um campo magnético que era cerca de 10-100 vezes mais forte - cerca de 5-50 microtesla.

"Está previsto que, uma vez que o campo magnético caia por um fator de 10-100 no sistema solar interno, que agora mostramos, a nebulosa solar vai embora muito rapidamente, dentro de 100, 000 anos, "Weiss diz." Portanto, mesmo que a nebulosa solar não tivesse desaparecido por 4 milhões de anos, estava basicamente de saída. "

Os planetas se alinham

A nova estimativa dos pesquisadores é muito mais precisa do que as estimativas anteriores, que foram baseados em observações de estrelas distantes.

"O que mais, o paleomagnetismo dos angrites restringe o tempo de vida de nossa própria nebulosa solar, enquanto as observações astronômicas obviamente medem outros sistemas solares distantes, "Wang acrescenta." Como o tempo de vida da nebulosa solar afeta criticamente as posições finais de Júpiter e Saturno, também afeta a formação posterior da Terra, nosso Lar, bem como a formação de outros planetas terrestres. "

Agora que os cientistas têm uma ideia melhor de quanto tempo a nebulosa solar persistiu, eles também podem restringir a formação de planetas gigantes como Júpiter e Saturno. Os planetas gigantes são feitos principalmente de gás e gelo, e há duas hipóteses prevalecentes de como todo esse material veio junto como um planeta. Um sugere que planetas gigantes se formaram a partir do colapso gravitacional do gás condensado, como o sol fez. O outro sugere que eles surgiram em um processo de dois estágios chamado acréscimo de núcleo, em que pedaços de material se esmagaram e se fundiram para formar rochas maiores, corpos gelados. Uma vez que esses corpos eram massivos o suficiente, eles poderiam ter criado uma força gravitacional que atraiu enormes quantidades de gás para formar um planeta gigante.

De acordo com as previsões anteriores, planetas gigantes que se formam através do colapso gravitacional do gás devem completar sua formação geral dentro de 100, 000 anos. Acréscimo do núcleo, em contraste, normalmente leva muito mais tempo, na ordem de 1 a vários milhões de anos. Weiss diz que se a nebulosa solar existisse nos primeiros 4 milhões de anos de formação do sistema solar, isso daria suporte ao cenário de acumulação central, que é geralmente preferido entre os cientistas.

“Os gigantes gasosos devem ter se formado 4 milhões de anos após a formação do sistema solar, "Weiss diz." Os planetas estavam se movendo por todo o lugar, entrando e saindo em grandes distâncias, e pensa-se que todo esse movimento foi impulsionado pelas forças gravitacionais do gás. Estamos dizendo que tudo isso aconteceu nos primeiros 4 milhões de anos. "