Não estamos acostumados a considerar a poeira como um material valioso - a menos que venha do espaço. E mais precisamente, do cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko. Uma análise de sua poeira forneceu informações valiosas sobre este objeto celeste, e, De forma geral, na história do sistema solar.

Usando o instrumento COSIMA a bordo da sonda espacial europeia Rosetta, uma equipe científica examinou o cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko (67P) em grande detalhe de agosto de 2014 a setembro de 2016. Eles estavam interessados ​​nas partículas de poeira ejetadas do núcleo do cometa e capturadas pela espaçonave, e o COSIMA possibilitou o estudo de sua composição. Os resultados de sua pesquisa foram publicados em dezembro de 2017 pela Royal Astronomical Society.

O estudo indica que, na média, metade da massa de cada partícula de poeira consiste em material carbonáceo com uma estrutura orgânica principalmente macromolecular; a outra metade é composta principalmente de minerais de silicato não hidratados. Como esse resultado é importante ou interessante? O que isso implica? Isso era esperado por cientistas ou é uma ruptura total com teorias pré-existentes?

Graças à Rosetta e seus instrumentos, conseguimos ter uma ideia melhor do que o 67P é composto. Isso é particularmente verdadeiro para os gases em sua atmosfera, graças ao instrumento ROSINA. Durante a jornada do cometa ao redor do sol, ele libera gases e poeira continuamente que formam um leve halo. Este fenômeno é explicado pela sublimação de gelos que estão embutidos no núcleo do cometa - eles mudam diretamente do estado sólido para o estado gasoso. Conforme o gás escapa para a atmosfera do cometa, traz consigo pequenas partículas de poeira. ROSINA caracterizou e quantificou os gases:é feito de vapor d'água, dióxido de carbono, monóxido de carbono, oxigênio molecular e uma infinidade de pequenas moléculas orgânicas feitas principalmente de carbono, hidrogênio, átomos de nitrogênio e oxigênio.

Outros instrumentos, como câmeras a bordo e o espectrômetro de imagem VIRTIS, estudou a superfície do 67P. Suas estruturas são complexas:falésias, falhas, panes, deslizamentos de terra, poços e muito mais. Mas acima de tudo, a superfície do cometa é muito escura e tem pouco gelo. O fato de ser tão escuro é possivelmente devido ao alto teor de carbono orgânico. Dado que os gelos e gases representam apenas uma pequena fração da matéria cometária total, os pesquisadores confiam, entre outras coisas, a análise dos grãos de poeira liberados pelo cometa para saber mais sobre a composição do núcleo do cometa. Esta poeira é representativa da composição não volátil do cometa, e o estudo das características químicas da poeira refletirá as do núcleo do cometa.

35, 000 partículas coletadas

O instrumento COSIMA é uma espécie de mini-laboratório físico-químico, cuja função era coletar partículas de poeira liberadas pelo cometa 67P, imagine-os e, em seguida, meça suas características químicas usando um método de análise de superfície chamado "espectrometria de massa de íons secundários de tempo de voo" (TOF-SIMS). Durante os dois anos que passou orbitando o cometa, a coleta de dados teve mais sucesso do que o esperado pelos pesquisadores e engenheiros que projetaram o instrumento há cerca de 20 anos. De fato, COSIMA coletou mais de 35, 000 partículas com até 1 milímetro de diâmetro. Esperávamos muito menos grãos de poeira infinitamente menores.

A análise e interpretação científica das medições espectrométricas de massa feitas em uma fração das partículas coletadas (cerca de 250) foi longa e desafiadora. A ultra-porosidade da poeira, coletado quase intacto após a ejeção da superfície do cometa, tem poucos análogos em nossos laboratórios e o domínio da técnica TOF-SIMS, já complicado no laboratório, provou ser quase heróico quando conduzido remotamente no espaço.

A partir dessas medições, foi possível deduzir os principais elementos constituintes das partículas de poeira (oxigênio, carbono, silício, ferro, magnésio, sódio, azoto, alumínio, cálcio…), bem como algumas informações sobre a natureza química de alguns componentes. A partir desses dados, a equipe mostrou que cada partícula de poeira (tamanho variando de ~ 0,05 a 1 mm de diâmetro) continha, na média, cerca de 50% em massa de material carbonáceo orgânico. Este material era principalmente macromolecular, o que significa que era feito de grandes estruturas colocadas juntas de uma forma totalmente desordenada e complexa; a outra metade da massa é composta principalmente de minerais silicatos não hidratados.

De acordo com as medições, esta composição de poeira é independente da data de coleta de partículas. Em outras palavras, na média, não há diferença na composição entre a poeira ejetada pelo cometa antes, durante ou após seu periélio, que é quando, em agosto de 2015, O 67P se aproximou mais do sol e onde sua atividade foi mais intensa. A composição da poeira cometária também não depende de seu tamanho ou morfologia - "agregados fofos" ou mais "grãos compactos". As partículas analisadas são pequenos fragmentos do núcleo, vindo de sua superfície, bem como poços que afundam nas profundezas do cometa. Portanto, a composição média determinada pelo COSIMA provavelmente reflete a composição livre de voláteis geral do núcleo do 67P. A maior parte da matéria cometária é, portanto, formada por essa mistura íntima de 50-50 por peso de minerais e material carbonáceo sólido.

Um material primitivo

Esses resultados, bem como aqueles obtidos há 30 anos durante o sobrevôo do cometa Halley pelas sondas Giotto e Vega, provar que os cometas estão entre os objetos do sistema solar mais ricos em carbono. Os especialistas suspeitaram disso, mas esta é finalmente uma prova experimental direta. O alto valor da razão de abundância entre carbono e silício medido pelo COSIMA está muito próximo da razão de abundância desses elementos medidos na fotosfera do sol. Além disso, os silicatos contidos na poeira 67P não mostram quaisquer sinais notáveis ​​de alteração pela água líquida. Essas duas observações são uma prova importante do caráter primitivo desta substância cometária. Isso significa que este material quase não foi modificado desde a formação do cometa, ao contrário da maioria dos outros objetos do sistema solar. Estudá-lo nos leva de volta ao início do sistema solar, quase 4,5 bilhões de anos atrás.

As medições COSIMA, combinado com as observações dos outros instrumentos Rosetta, indicam que a maior parte do material carbonáceo cometário não é encontrado em gelos e gases, mas em pó, nesta forma macromolecular não volátil. Este resultado está de acordo com análises de laboratório de outros materiais extraterrestres que foram coletados na Terra - meteoritos, micrometeoritos e partículas de poeira interplanetárias. Com estas, Contudo, o objeto original do qual esses materiais se originaram raramente é conhecido. E acima de tudo, aquecimento durante a entrada atmosférica altera e modifica, pelo menos em parte, seus componentes carbonosos.

As medições in situ do COSIMA e sua coleção de poeira em baixas velocidades (alguns metros por segundo, o ritmo de uma corrida) possibilitaram a preservação total das informações químicas. Assim, é possível dizer hoje que se cometas como o 67P desempenharam um papel no surgimento da vida na Terra, especialmente trazendo material rico em carbono, teria sido esse complexo componente macromolecular que dominou o que foi entregue.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.