A medição difícil, mas bem-sucedida, de vários isótopos do gás nobre xenônio no cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko usando o instrumento de Berna ROSINA na sonda Rosetta mostra que os materiais chegaram à Terra devido aos impactos do cometa. Conforme comprovado por outras medições de Bern de isótopos de silício, no início, nosso sistema solar era extremamente heterogêneo. A grande quantidade da chamada água "pesada" também mostra que o gelo cometário é mais antigo que o nosso sistema solar.

Xenon é um incolor, gás inodoro que representa bem menos de um milionésimo do volume de toda a atmosfera da Terra. Como um gás nobre, raramente reage com outros elementos e, portanto, tem um estado atômico relativamente estável. É, portanto, uma representação relativamente precisa das condições que existiram durante a formação de nosso sistema solar. O xenônio também pode ajudar a responder à velha questão sobre os cometas:o material na Terra vem de impactos de cometas e, em caso afirmativo, em que medida?

Uma equipe de pesquisa liderada por Kathrin Altwegg no Centro para o Espaço e Habitabilidade (CSH) da Universidade de Berna foi capaz de mostrar que a composição do xenônio no cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko é muito semelhante ao "xenônio indígena" postulado inicialmente 40 anos atrás, que chegou ao nosso planeta de além, logo após a formação do nosso sistema solar. Essas medidas, que agora será publicado em Ciência , mostram que cerca de um quinto do xenônio nativo se origina de cometas. Isso significa que, pela primeira vez, podemos traçar uma ligação quantitativa entre os cometas e a atmosfera terrestre.

Impressão digital estelar

O xenônio é formado em muitos processos estelares diferentes, incluindo explosões de supernova. Cada um desses fenômenos leva a uma distribuição típica de isótopos de xenônio, uma "impressão digital" específica. Devido aos seus muitos isótopos de vários processos estelares, O xenônio fornece uma indicação importante dos materiais indígenas que compõem nosso sistema solar. Os isótopos de xenônio foram medidos nas atmosferas da Terra e de Marte, em meteoritos originados de asteróides, em Júpiter e no vento solar - o fluxo de partículas carregadas do sol. A composição do xenônio na atmosfera terrestre tem mais isótopos pesados ​​do que leves, já que os isótopos leves podem escapar do campo gravitacional da Terra para o espaço. Ao corrigir esse efeito, pesquisadores na década de 1970 calcularam a composição original deste gás nobre, o chamado xenônio indígena que outrora dominou a atmosfera terrestre. Este xenônio nativo contém muito menos isótopos pesados ​​e a composição dos isótopos leves é igual à do xenônio vindo dos asteróides e do sol. Portanto, acreditava-se que o xenônio nativo da atmosfera primitiva da Terra tinha uma origem diferente em comparação com os objetos observados no sistema solar na época. Isso agora é confirmado por medições ROSINA na sonda Rosetta no cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko, um "fóssil" gelado do início do sistema solar.

Missão difícil

"A busca por xenônio em cometas foi provavelmente uma das medições mais importantes e mais difíceis por ROSINA", diz Kathrin Altwegg, Líder do projeto ROSINA no Centro para o Espaço e Habitabilidade (CSH) da Universidade de Berna. "O fato de termos resolvido parte de um mistério de 40 anos ao fazê-lo torna tudo ainda mais gratificante". O xenônio é extremamente raro na já tênue atmosfera do cometa. A sonda Rosetta, portanto, teve que voar muito perto do cometa por semanas - 7 a 10 km do centro - para que a ROSINA pudesse captar sinal suficiente para uma medição clara dos sete isótopos mais comuns. O risco disso era que a densa nuvem de poeira ao redor do cometa poderia ter acionado o sistema de navegação da sonda. ROSINA conseguiu identificar sete isótopos de xenônio, além de vários outros gases nobres. A análise dos dados mostrou que o xenônio cometário que foi congelado durante a formação do cometa difere da composição encontrada no sistema solar, bem como da composição encontrada hoje na atmosfera terrestre. A composição do xenônio cometário é provavelmente igual à do xenônio indígena postulado na atmosfera primitiva da Terra. Contudo, existem certas diferenças entre as duas composições que levam os pesquisadores a acreditar que o xenônio original vem em parte de cometas e em parte de asteróides:"Pela primeira vez, fomos capazes de estabelecer uma ligação quantitativa entre os cometas e a atmosfera da nossa Terra - segundo a qual 22 por cento do original da terra, o xenônio atmosférico se origina de cometas, enquanto o resto vem de asteróides "resume Altwegg.

Sem contradição com a água

Essas descobertas não contradizem a medição isotópica da ROSINA na água do cometa, que era significativamente diferente daquela da água indígena. Como o xenônio está disponível apenas em vestígios na atmosfera, enquanto a Terra contém grandes quantidades de água nos oceanos e na atmosfera, os cometas podem ter definitivamente contribuído para o xenônio encontrado na Terra sem alterar muito a água indígena. "As descobertas do xenônio também apóiam a ideia de que material orgânico veio para a Terra por meio de cometas - como o fósforo e o aminoácido glicina que foram encontrados no cometa por ROSINA - o que foi potencialmente crucial para a evolução da vida na Terra", diz Altwegg. Em última análise, a diferença entre o xenônio cometário e o xenônio encontrado no sistema solar indica que a chamada nebulosa protosolar que leva à formação do sol, planetas e pequenos corpos, era um lugar quimicamente bastante heterogêneo. "Isso apóia medições anteriores do ROSINA, como a descoberta inesperada de oxigênio molecular (O2) ou enxofre molecular (S2)", disse Altwegg.

A segunda publicação confirma as descobertas

Em outra publicação, um grupo de pesquisa liderado por Martin Rubin (CSH) foi capaz de mostrar que o silício no cometa não mostra a razão isotópica média de nosso sistema solar. Os dados ROSINA mostram, portanto, que o material do início do sistema solar se origina de várias estrelas predecessoras. Tal como acontece com o xenônio, isso significa que a composição química do sistema solar inicial era heterogênea, portanto, não "uniformemente" misturado como se acreditava anteriormente. A segunda publicação aparece em Astronomia e Astrofísica . ROSINA já havia descoberto átomos de silício no envelope de gás do cometa no início da missão. Esses átomos de silício foram expelidos da superfície do cometa pelo impacto do vento solar. Uma análise precisa de Martin Rubin do CSH mostrou agora que os isótopos de silício também exibem uma anomalia quando comparados com o silício solar. Os isótopos pesados ​​de silício são menos comuns em comparação com a mistura encontrada perto do sol e meteoritos. Isso sugere que os cometas são formados em uma área da nebulosa protosolar que mostra uma composição química não solar - e, portanto, potencialmente adquiriu material de outra estrela ou supernova nas proximidades.

Mesmo a água cometária vem de além

Uma terceira publicação também publicada recentemente prova definitivamente com o uso de isótopos de hidrogênio que a água cometária - a chamada água "pesada" (D2O) - se formou antes da formação do sistema solar e congelou como gelo pré-solar em cometas. Essas descobertas foram publicadas em uma edição especial de "Philosophical Transaction of the Royal Society, Londres".

"Nossas descobertas em todos os três estudos cumpriram o objetivo principal da missão Rosetta, ou seja, encontrar uma indicação quantitativa da formação da Terra e do nosso sistema solar pela primeira vez ", diz Altwegg.