O tempo de vida da nebulosa solar

Há cerca de 4,6 bilhões de anos atrás, uma enorme nuvem de hidrogênio gasoso e poeira colapsou sob o seu próprio peso, eventualmente achatando-se num disco chamado nebulosa solar.

© Hernan Canellas (ilustração da nebulosa solar)

A maioria deste material interestelar contraiu-se no centro do disco para formar o Sol e parte do gás e da poeira restante desta nebulosa solar condensou-se para formar os planetas e o resto do nosso Sistema Solar.

Agora, cientistas do Massachusetts Institute of Technology (MIT) e colegas, incluido a brasileira Maria Zucolotto do Museu Nacional do Rio de Janeiro, estimaram a vida útil da nebulosa solar, uma fase crítica durante a qual uma grande parte da evolução do Sistema Solar teve lugar.

Esta nova estimativa sugere que os gigantes gasosos Júpiter e Saturno devem ter-se formado dentro dos primeiros 4 milhões de anos da formação do Sistema Solar. Além disso, é provável que até este momento tenham completado uma migração das suas posições orbitais.

Ao estudar as orientações magnéticas em amostras imaculadas de meteoritos antigos formados 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 valor muito mais preciso do que as estimativas anteriores, que colocaram o tempo de vida da nebulosa solar entre 1 e 10 milhões de anos.

A equipe chegou a esta conclusão depois de analisar cuidadosamente angritos, algumas das rochas planetárias mais antigas e pristinas. Os angritos são rochas ígneas, muitas das quais pensa-se que tenham entrado em erupção à superfície de asteroides no início da história do Sistema Solar e, em seguida, arrefecido rapidamente, congelando as suas propriedades originais, incluindo a sua composição e sinais paleomagnéticos.

Os cientistas consideram os angritos registos excepcionais do início do Sistema Solar, particularmente porque as rochas também contêm grandes quantidades de urânio, que podem usar para determinar precisamente a sua idade. Muitos angritos parecem-se com o que entra em erupção no Havaí, mas arrefeceram num planetesimal muito precoce.

Os cientistas analisaram quatro angritos que caíram na Terra em diferentes lugares e épocas.

Um caiu na Argentina e parecia com uma tigela indígena. Os outros três meteoritos foram descobertos no Brasil, na Antártida e no deserto do Saara. Todos os quatro meteoritos estão notavelmente bem preservados, não tendo sofrido nenhum aquecimento adicional ou grandes mudanças de composição desde a sua formação original.

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

"Os elétrons são como pequenas agulhas das bússolas e se alinharmos muitos deles numa rocha, a rocha torna-se magnetizada," explica Benjamin Weiss, professor de ciências terrestres, atmosféricas e planetárias do MIT. "Uma vez alinhados, o que pode acontecer quando uma rocha arrefece na presença de um campo magnético, assim ficam. É isso que usamos como registos de antigos campos magnéticos."

Quando colocaram os angritos no magnetômetro foi observado muito pouca magnetização remanescente, o que indica a presença de um campo magnético muito fraco durante a formação dos angritos.

A equipe deu um passo em frente e tentou reconstruir o campo magnético que teria produzido os alinhamentos das rochas, ou a falta dele. Para tal, aqueceram as amostras e arrefeceram-nas novamente num campo magnético controlado por laboratório. Foi descoberto que só são permitidos campos muito fracos, dado quão pouca magnetização remanescente está nestes três angritos.

Especificamente, a equipe descobriu que a magnetização remanescente dos angritos pode ter sido produzida por um campo magnético extremamente fraco de não mais de 0,6 µT (microteslas), há 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 dentro dos primeiros 2 a 3 milhões de anos do Sistema Solar e encontrou evidências de um campo magnético cerca de 10 a 100 vezes mais forte, aproximadamente de 5 a 50 µT.

"Prevê-se que, assim que o campo magnético cai por um fator de 10 a 100 no Sistema Solar interior, o que agora mostramos, a nebulosa solar desaparece rapidamente, dentro de 100.000 anos," realça Weiss. "Assim, mesmo que a nebulosa solar não tivesse desaparecido completamente após 4 milhões de anos, estava basicamente acabada."

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

"Além disso, o paleomagnetismo dos angritos restringe a vida da nossa própria nebulosa solar, enquanto as observações astronômicas, obviamente, medem outros sistemas solares distantes. Dado que o tempo de vida da nebulosa solar afeta criticamente as posições finais de Júpiter e Saturno, também afeta a formação posterior da Terra, bem como a formação dos outros planetas terrestres," acrescenta Huapei Wang, pós-doutorado do MIT e o autor principal deste estudo.

Agora que os cientistas têm uma melhor ideia de quanto tempo a nebulosa solar persistiu, podem também restringir-se à formação dos planetas gigantes como Júpiter e Saturno. Os planetas gigantes são feitos, na maior parte, de gás e gelo, e existem duas hipóteses principais para o modo como todo este material se aglomerou para formar um planeta. Uma sugere que os gigantes gasosos se formaram a partir do colapso gravitacional de gás, tal como o Sol. A outra sugere que se formaram num processo de duas fases chamado acreção do núcleo, no qual pedaços de material foram esmagados e fundidos para formar corpos gelados e rochosos maiores. Assim que esses corpos se tornaram suficientemente massivos, geraram uma força gravitacional que atraiu grandes quantidades de gás para, finalmente, formar um planeta gigante.

De acordo com previsões anteriores, os planetas gigantes formados através do colapso gravitacional de gás devem completar a sua formação geral em 100.000 anos. A acreção do núcleo, em contraste, pensa-se que demore muito mais tempo, entre 1 e vários milhões de anos. Weiss diz que se a nebulosa solar estivesse presente nos primeiros 4 milhões de anos da formação do Sistema Solar, isto daria suporte ao cenário de acreção do núcleo, que é geralmente mais aceito entre os cientistas.

Os resultados foram relatados num artigo publicado na revista Science.

Fonte: Massachusetts Institute of Technology