Se a Terra tivesse sido um pouco menos “sortuda” na infância do Sistema Solar, talvez hoje fosse só mais um mundo rochoso frio e estéril. Ainda assim, aqui estamos: num planeta quente, acolhedor e capaz de sustentar vida - uma exceção entre os vizinhos rochosos.
Entender por que isso aconteceu não tem uma resposta única. É uma história com várias peças, e uma delas vem da cosmoquímica, uma área interdisciplinar que investiga como os elementos químicos se distribuem e se misturam durante a formação de planetas e asteroides.
O Sistema Solar é um lugar agitado, com tudo em movimento. E, há 4,5 bilhões de anos, era ainda mais caótico: os planetas estavam se formando, enquanto planetesimais e embriões planetários passavam “voando”, colidindo e se despedaçando.
De algum jeito, no meio desse tumulto, a Terra acabou recebendo mais do que sua cota de condritos carbonáceos - e, junto com eles, aminoácidos e outras substâncias químicas importantes para a vida.
Estudos de cosmoquímica indicam que entre 5% e 10% da massa da Terra veio de condritos carbonáceos (CCs) que atingiram o planeta jovem. Outras pesquisas também sugerem que uma parcela grande desse material pode ter vindo do impactador Theia, o corpo que formou a Lua.
Para testar essa ideia com mais rigor, três pesquisadores recorreram a simulações dinâmicas da formação do Sistema Solar para ver se conseguiam reproduzir esse cenário.
O trabalho se chama "Dynamical origin of Theia, the last giant impactor on Earth." O autor principal é Duarte Branco, do Institute of Astrophysics and Space Sciences no Observatório Astronômico de Lisboa, em Portugal. A pesquisa será publicada na revista Icarus.
Uma distinção essencial na cosmoquímica é a diferença entre condritos carbonáceos (CCs) e meteoritos não carbonáceos (NCs). Essa separação divide a população de meteoritos do Sistema Solar em dois grupos e aponta para a existência de dois reservatórios distintos de material.
Os CCs se formaram mais longe do Sol, provavelmente além de Júpiter, e carregam mais voláteis, como água e compostos orgânicos. Já os NCs incluem, por exemplo, meteoritos de ferro e têm menos voláteis.
Para verificar a hipótese de que Theia trouxe CCs e voláteis para a Terra, os pesquisadores rodaram simulações detalhadas do Sistema Solar. Foram simulações N-body (de muitos corpos) das fases finais do crescimento dos planetas terrestres.
As simulações começaram nas etapas tardias do crescimento planetário, depois que o disco gasoso do Sistema Solar se dispersou. A massa sólida disponível foi dividida entre planetesimais e embriões planetários.
O modelo incluiu CCs que foram espalhados para regiões mais internas enquanto Júpiter e Saturno ainda cresciam e acumulavam matéria. Como embriões planetários são maiores que planetesimais, eles têm mais chance de interagir com os planetas rochosos e entregar material do tipo CC.
Os pesquisadores executaram três tipos de simulação. A primeira, chamada small only, inclui apenas objetos CC pequenos, ou seja, planetesimais. A segunda, large only, considera apenas objetos CC grandes, os embriões planetários. A terceira mistura planetesimais e embriões CC e é chamada de mixed scenario.
Em um subconjunto de 10 simulações de cada cenário, eles também incluíram o efeito da instabilidade dinâmica dos planetas gigantes. Na astronomia, isso é conhecido como o “modelo de Nice” e descreve como os planetas gigantes mudaram suas órbitas em relação a onde se formaram inicialmente.
O objetivo era descobrir como CCs e NCs se distribuíam pelo Sistema Solar e entender por que a Terra acabou com mais CCs do que os outros planetas rochosos, especialmente Marte. Os autores também queriam avaliar se o impacto de Theia poderia explicar a entrega de uma grande fração do material CC da Terra.
Um resultado bem claro é que a instabilidade dos planetas gigantes - em especial a mudança de órbita de Júpiter - teve um efeito marcante na acreção de material CC pela Terra.
Quando os pesquisadores adicionaram a instabilidade dinâmica dos planetas gigantes, o cenário ficou ainda mais interessante. "The giant planet instability dramatically changed the evolution of the system causing a strong pulse of eccentricity excitement, which lead to a wave of collisions and ejections," escrevem os autores. Apesar disso, o estado final do sistema não mudou muito.
Um ponto central das simulações envolve o impactador Theia. Pesquisas anteriores sugerem que Theia pode ter sido um objeto carbonáceo. Se isso for verdade, uma parte importante da habitabilidade “geradora de vida” da Terra pode ter sido consequência daquela colisão.
"In the mixed scenario with no giant planet instability, Earth's final impactor included a CC component in more than half of all simulations. In 38.5% of simulations, the final impactor was a pure CC embryo, and in another 13.5%, the impactor was an NC embryo that had previously accreted a CC embryo," escrevem os pesquisadores.
No geral, as simulações descrevem um Sistema Solar primitivo com dois anéis distintos de planetesimais: um anel interno de planetesimais rochosos e um anel externo de condritos carbonáceos.
Mais tarde, conforme os gigantes de gelo migraram para dentro, eles empurraram material CC para o Sistema Solar interno. Parte ficou presa no cinturão de asteroides, enquanto os objetos mais massivos foram, com preferência, espalhados para as órbitas dos planetas rochosos.
"A late-stage accretion of the terrestrial planets involved a series of giant impacts between NC embryos and planetesimals, with occasional impacts of CC objects," explicam os autores.
Esse cenário ajuda a explicar várias características do Sistema Solar. Ele reproduz massas e órbitas dos planetas terrestres e a distribuição orbital dos asteroides. Também é compatível com a fração de massa CC da Terra e de Marte - sendo que Marte não apresenta as mesmas concentrações de material CC que a Terra.
Se a simulação small only estivesse correta, em que o material CC existiria apenas como planetesimais, a fração de massa CC de Marte e da Terra seria aproximadamente a mesma.
Os pesquisadores buscaram mostrar que, em linha com outros trabalhos, Theia pode ter sido o último grande impactador da Terra e que continha bastante material CC. Pelos resultados, parece que conseguiram.
Nas simulações, o último impacto gigante da Terra foi com Theia, e esse objeto tinha concentrações maiores de material CC, o que ajudou a tornar a Terra habitável. Esse resultado está alinhado com o que se espera no entendimento científico atual.
O estudo indica que o último impacto ocorreu entre 5 e 150 milhões de anos após a dispersão do gás. Uma grande fração desses casos ficou entre 20 e 70 milhões de anos. Existem incertezas sobre a data do impacto de Theia, e esses resultados se encaixam dentro dessas margens.
As simulações também reforçam outras conclusões: embriões e planetesimais CC poderiam ter sido incorporados durante todo o crescimento da Terra, mas ficaram mais concentrados nas fases finais.
"Within the context of this scenario, the last giant impactor on Earth contained a CC component in roughly half of all of the mixed simulations," escrevem os autores.
"In the majority of these (38% of simulations), Theia was a pristine CC embryo, and in the remainder of cases Theia was an NC embryo that had previously accreted a CC embryo."
A pesquisa também mostra que Júpiter teve um papel importante na arquitetura do Sistema Solar. Ele não só “corta” o cinturão de asteroides, como também ajudou a determinar a composição final dos planetas terrestres ao espalhar material CC do Sistema Solar externo para o caminho dos planetas rochosos, especialmente a Terra.
Muita coisa precisou dar certo para a Terra se tornar o mundo capaz de sustentar vida que vemos hoje. Não sabemos quão provável é que existam outros mundos parecidos por aí. Pode ser que, para um exoplaneta sustentar vida, não baste apenas estar na zona habitável.
Talvez exista um número enorme de variáveis que precisam se alinhar, incluindo planetas gigantes externos que migram e entregam carbono a mundos rochosos em zonas habitáveis.
Este artigo foi publicado originalmente por Universe Today. Leia o artigo original.
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