quarta-feira, 20 de abril de 2022

O cometa com maior núcleo

O telescópio espacial Hubble determinou o tamanho do maior núcleo gelado de um cometa alguma vez visto.

© STScI/Hubble (cometa Bernardinelli-Bernstein)

Esta sequência mostra como o núcleo do cometa C/2014 UN271 (Bernardinelli-Bernstein) foi isolado de uma vasta concha de poeira e gás que rodeava o núcleo sólido gelado. À esquerda encontra-se uma fotografia do cometa tirada pelo instrumento WFC3 (Wide Field Camera 3) do telescópio espacial Hubble, em 8 de janeiro de 2022. Um modelo da coma (painel central) foi obtido através do encaixe do perfil de brilho da superfície com a imagem observada à esquerda. Isto permitiu que a coma fosse subtraída, desvendando o brilho pontiagudo do núcleo. Em combinação com dados de radiotelescópios, os astrônomos chegaram a uma medição precisa do tamanho do núcleo. É uma pequena proeza para algo a cerca de 3,2 bilhões de quilômetros de distância. Embora se estime que o núcleo tenha até 137 quilômetros de diâmetro, está tão longe que não pode ser resolvido pelo Hubble. O seu tamanho deriva da sua refletividade tal como medida por Hubble. Estima-se que o núcleo seja tão escuro como o carvão. A área do núcleo foi recolhida a partir de observações de rádio. 

O núcleo é cerca de 50 vezes maior do que o encontrado no coração da maioria dos cometas conhecidos. A sua massa está estimada em 500 trilhões de toneladas, cem mil vezes maior do que a massa de um cometa típico encontrado muito mais próximo do Sol.

O cometa gigante, C/2014 UN271 (Bernardinelli-Bernstein), está se dirigindo na direção do Sol a 35.400 quilômetros por hora desde a orla do Sistema Solar. Ele nunca se aproximará mais do que 1,6 bilhões de quilômetros do Sol, ligeiramente mais do que a distância do planeta Saturno. E isso só será no ano 2031. 

O recordista anterior de maior cometa conhecido é C/2002 VQ94, com um núcleo estimado em torno de 97 quilômetros. Foi descoberto em 2002 pelo projeto LINEAR (Lincoln Near-Earth Asteroid Research).

© STScI (comparação de núcleos cometários)

O cometa C/2014 UN271 foi descoberto pelos astrónomos Pedro Bernardinelli e Gary Bernstein em imagens de arquivo do DES (Dark Energy Survey) no Observatório Interamericano de Cerro Tololo, Chile. Foi observado pela primeira vez apenas por acaso em novembro de 2010, quando se encontrava a uns impressionantes 4,8 bilhões de quilômetros do Sol, mais do que a distância média que separa Netuno do Sol. Desde então, tem sido intensivamente estudado por telescópios terrestres e espaciais.

O cometa vem se aproximando do Sol há mais de 1 milhão de anos. Sua origem é do repositório que contêm trilhões de cometas, chamado Nuvem de Oort. Pensa-se que a nuvem difusa tenha uma orla interior 2.000 a 5.000 vezes a distância entre a Terra e o Sol. A sua orla exterior pode estender-se pelo menos a um-quarto da distância às estrelas mais próximas do nosso Sol, no sistema Alpha Centauri. Os cometas da Nuvem de Oort não se formaram tão longe do Sol; em vez disso, foram atirados para fora do Sistema Solar há bilhões de anospela ação gravitacional entre os massivos planetas exteriores, quando as órbitas de Júpiter e Saturno ainda estavam evoluindo. 

Os longínquos cometas só regressam ao Sol e aos planetas se as suas órbitas distantes forem perturbadas pela atração gravitacional de uma estrela passageira. O cometa Bernardinelli-Bernstein segue uma órbita elíptica de 3 milhões de anos, levando-o para tão longe do Sol quanto cerca de meio ano-luz. O cometa está agora a menos de 3,2 bilhões de quilômetros do Sol, trafegando quase perpendicularmente ao plano do nosso Sistema Solar. A esta distância, as temperaturas são apenas de -211 ºC. No entanto, é suficientemente quente para o monóxido de carbono se sublimar a partir da superfície para produzir a coma empoeirada.

O cometa Bernardinelli-Bernstein fornece uma pista inestimável para a distribuição do tamanho dos cometas na Nuvem de Oort e, consequentemente, da sua massa total. As estimativas da massa da Nuvem de Oort variam muito, chegando a atingir 20 vezes a massa da Terra. Teorizada pela primeira vez em 1950 pelo astrônomo holandês Jan Oort, a Nuvem de Oort continua sendo uma hipótese porque os inúmeros cometas que a compõem são demasiado tênues e distantes para serem diretamente observados. Ironicamente, isto significa que a maior estrutura do Sistema Solar é praticamente invisível. 

Estima-se que o par de naves espaciais Voyager da NASA só chegue ao reino interior da Nuvem de Oort daqui a 300 anos, e que possa demorar até 30.000 anos a atravessá-la. As evidências circunstanciais provêm de cometas em queda que podem ser rastreados até este local de nidificação. Aproximam-se do Sol de todas as diferentes direções, o que significa que a nuvem deve ter uma forma esférica.

Estes cometas são amostras pristinas da composição do Sistema Solar primitivo, preservadas durante bilhões de anos. A realidade da Nuvem de Oort é reforçada pela modelagem teórica da formação e evolução do Sistema Solar. Quanto mais evidências observacionais puderem ser recolhidas através de levantamentos do céu profundo, juntamente com observações em vários comprimentos de onda, melhor pode ser compreendida a função da Nuvem de Oort na evolução do Sistema Solar.

Um novo estudo sobre o cometa foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Space Telescope Science Institute

sábado, 1 de janeiro de 2022

As cabeleiras dos cometas

De vez em quando, o Cinturão de Kuiper e a Nuvem de Oort lançam cometas compostos de gelo, poeira e rocha na nossa direção: remanescentes da formação do Sistema Solar com 4,6 bilhões de anos.

© Michael Jäger (cometa Leonard)

Estes cometas passam por uma metamorfose colorida ao cruzarem o céu, e muitos núcleos ganham uma coma (cabeleira) esverdeada que fica mais brilhante à medida que se aproximam do Sol. Mas, estranhamente, este tom de cor desaparece antes de alcançar a cauda (ou as duas caudas - iônica e de poeira) que fica para trás do cometa. 

Os astrônomos há quase um século que querem resolver este mistério. Na década de 1930, o físico Gerhard Herzeberg teorizou que o fenômeno se devia à luz solar que destruía o carbono diatômico (C2), uma substância química criada a partir da interação entre a luz solar e a matéria orgânica no núcleo do cometa; mas, dado que o C2 não é estável, esta teoria tem sido difícil de testar. Herzberg foi um físico incrível que ganhou o Prêmio Nobel da Química na década de 1970.

Um novo estudo, liderado pela Universidade de Nova Gales do Sul em Sydney, Austrália, encontrou finalmente uma forma de testar esta reação química num laboratório, e provando que a teoria está correta. Isto explica porque é que a cabeleira esverdeada, a camada difusa de gás e poeira que rodeia o núcleo, encolhe à medida que um cometa se aproxima do Sol, e também porque é que a cauda do cometa não é verde.

O elemento principal no centro do mistério, o C2, é altamente reativo e responsável por dar a muitos cometas a sua cor verde. É composto por dois átomos de carbono ligados entre si e só pode ser encontrado em ambientes extremamente energéticos ou com pouco oxigênio, como estrelas, cometas e no meio interestelar. 

O C2 não existe nos cometas até que estes se aproximam do Sol. À medida que o Sol começa a aquecer o cometa, a matéria orgânica presente no núcleo gelado evapora e passa para a cabeleira. A luz solar decompõe então estas moléculas orgânicas maiores, criando o C2. À medida que o cometa se aproxima cada vez mais do Sol, a radiação ultravioleta extrema parte as moléculas de C2 que recentemente criou, num processo chamado "fotodissociação". Este processo destrói o C2 antes de se poder afastar para longe do núcleo, tornando a cabeleira verde ainda mais brilhante e encolhendo-a, e também se certificando de que o tom verde nunca chega à cauda. É a primeira vez que esta interação química foi estudada aqui na Terra. 

Para resolver este processo químico galáctico, a equipe precisava recriá-lo num ambiente controlado na Terra. Conseguiram isto com a ajuda de uma câmara de vácuo, muitos lasers e uma poderosa reação cósmica. Foi utilizada a molécula percloroetileno (C2Cl4), e expelindo os seus átomos de cloro (Cl) com um laser ultravioleta (UV) de alta potência. As recém-produzidas moléculas de C2 foram enviadas através de um feixe de gás numa câmara de vácuo, que tinha cerca de dois metros de comprimento. 

A equipa então apontou outros dois lasers UV para o C2: um para o inundar de radiação, o outro para tornar os seus átomos detectáveis. O impacto da radiação "rasgou" o C2, enviando os seus átomos de carbono contra um detector de velocidade. Através da análise da velocidade destes velozes átomos, a equipe conseguiu medir a força da ligação de carbono a cerca de um em cada 20.000, o que é como medir 200 metros até ao centímetro mais próximo. 

Existem cerca de 3.700 cometas conhecidos no Sistema Solar, embora se suspeite que possam haver bilhões. Em média, o núcleo de um cometa tem um tamanho de 10 quilômetros, mas a sua cabeleira é frequentemente 1.000 vezes maior. 

Os cometas brilhantes podem dar espetáculos celestes àqueles que têm a sorte de os ver. Mas, no passado, os cometas podem ter feito mais do que isso pela Terra, de fato, uma das teorias sobre a origem da vida diz que os cometas entregaram os blocos de construção da vida mesmo à nossa porta.

Agora, os astrônomos pretendem investigar bandas interestelares difusas: padrões de linhas escuras entre estrelas que não correspondem a nenhum átomo ou molécula que conhecemos. As bandas interestelares difusas são um grande mistério não resolvido.

O novo estudo foi publicado no periódico Proceedings of the National Academy of Sciences.

Fonte: University of New South Wales