Entre os planetas rochosos do Sistema Solar, a Terra parece ter tirado a sorte grande: é o único que virou um lugar onde a vida não só surgiu, como se manteve. Em meio a um espaço gelado e praticamente sem sinais de biologia, como o nosso planeta acabou ficando quente, acolhedor e com condições para sustentar organismos?
A explicação não cabe em uma única causa - ela é cheia de peças. Uma dessas peças vem da cosmoquímica, uma área interdisciplinar que investiga como os elementos químicos se distribuem e se misturam durante a formação de planetas e outros corpos.
O Sistema Solar é um ambiente agitado, com tudo em movimento o tempo todo. E era ainda mais turbulento há 4,5 bilhões de anos, quando os planetas ainda estavam se formando e planetesimais e embriões planetários cruzavam o espaço colidindo entre si.
No meio desse caos, a Terra acabou recebendo mais do que a sua “cota” de condritos carbonáceos - e, junto com eles, aminoácidos e outras substâncias químicas que favorecem 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. Trabalhos também sugerem que uma parte significativa desse material pode ter vindo do impactador Theia, o corpo que teria participado do evento que formou a Lua.
Para colocar essas ideias à prova com mais rigor, um trio de pesquisadores recorreu a simulações dinâmicas da formação do Sistema Solar, para ver se conseguia reproduzir esse cenário.
A pesquisa 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. O estudo será publicado na revista Icarus.
Uma distinção fundamental 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 sugere que existiam 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 tendem a ter menos voláteis.
Para testar a hipótese de que Theia trouxe CCs e voláteis para a Terra, os pesquisadores rodaram simulações detalhadas do Sistema Solar. Foram simulações de N-corpos (N-body) das fases finais do crescimento dos planetas terrestres.
As simulações começaram no fim do crescimento planetário, depois que o disco gasoso do Sistema Solar já tinha se dispersado. A massa sólida disponível foi dividida entre planetesimais e embriões planetários.
O modelo incluiu CCs que foram espalhados para dentro do Sistema Solar enquanto Júpiter e Saturno ainda cresciam e acumulavam matéria. Por causa da diferença de tamanho entre planetesimais e embriões, os embriões têm maior chance de interagir com os planetas terrestres e entregar material do tipo CC.
Os pesquisadores rodaram três tipos de simulação. A primeira, chamada small only, inclui apenas pequenos objetos CC, ou seja, planetesimais. A segunda, large only, inclui somente grandes objetos CC, os embriões planetários. A terceira junta planetesimais e embriões CC e foi chamada de mixed scenario.
Em um subconjunto de 10 simulações de cada cenário, eles também incluíram o efeito da instabilidade dinâmica dos planetas gigantes. Em astronomia, isso é conhecido como “modelo de Nice” e descreve como os planetas gigantes mudaram suas órbitas em relação ao local onde se formaram inicialmente.
O objetivo era entender como CCs e NCs se distribuíram pelo Sistema Solar e por que a Terra terminou com mais CCs do que os outros planetas rochosos, especialmente Marte. Eles também queriam verificar se o impacto de Theia poderia ser o responsável por entregar uma grande parcela do material CC da Terra.
Um resultado evidente é que a instabilidade dos planetas gigantes - em particular a mudança de órbita de Júpiter - teve um efeito marcante na acreção de material CC pela Terra.
Quando os pesquisadores incluíram 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. Ainda assim, o estado final do sistema não mudou muito.
Uma parte crucial das simulações envolve o impactador Theia. Pesquisas anteriores sugerem que Theia pode ter sido um objeto carbonáceo. Se isso for correto, uma boa parte da habitabilidade que tornou a Terra “amiga da vida” pode ter vindo dessa colisão.
“Within 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 inicial com dois anéis distintos de planetesimais. Um anel interno, formado por planetesimais rochosos, e um anel externo de condritos carbonáceos.
Mais tarde, conforme os gigantes de gelo migraram para dentro, eles empurraram material CC em direção ao Sistema Solar interno. Parte ficou presa no cinturão de asteroides, enquanto os objetos mais massivos foram, de forma preferencial, espalhados para órbitas dos planetas rochosos.
“The 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 quadro ajuda a explicar várias características do Sistema Solar. Ele explica as massas e órbitas dos planetas terrestres e a distribuição orbital dos asteroides. Também reproduz a fração de massa de CC na Terra e em Marte, sendo que Marte não tem as mesmas concentrações de material CC que a Terra.
Se a simulação small only estivesse certa - com material CC existindo apenas na forma de planetesimais - a fração de massa de CC de Marte e da Terra seria aproximadamente a mesma.
Os pesquisadores buscaram mostrar que, em linha com outros trabalhos, Theia poderia ter sido o último grande impactor da Terra e que continha bastante material CC. Pelo que os resultados indicam, eles conseguiram.
Nas simulações, o último impacto gigante da Terra foi com Theia, e esse objeto tinha concentrações maiores de material CC, ajudando a tornar a Terra habitável. Esse resultado está alinhado com o que se pensa cientificamente sobre o tema.
O trabalho mostra que o último impacto ocorreu entre 5 e 150 milhões de anos após a dispersão do gás. Uma grande fração aconteceu entre 20 e 70 milhões de anos. Existem incertezas sobre o momento exato do impacto de Theia, e esses resultados se encaixam dentro dessas margens.
As simulações também sustentam outras conclusões: embriões e planetesimais CC podem ter sido incorporados ao longo de toda a formação da Terra, mas se concentraram nas fases mais tardias do crescimento.
“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 reforça que Júpiter teve um papel importante na “arquitetura” do Sistema Solar. Ele não só limita o cinturão de asteroides, como também influenciou a composição final dos planetas terrestres ao espalhar material CC do Sistema Solar externo para o caminho dos planetas rochosos, especialmente a Terra.
Um milhão de coisas precisaram dar certo para a Terra se tornar o mundo capaz de sustentar vida que é hoje. Não sabemos quão provável é que existam outros mundos assim. Pode ser que, para um exoplaneta sustentar vida, não baste estar na chamada zona habitável.
Talvez exista um número enorme de variáveis que precisam se encaixar - incluindo planetas gigantes externos que migram e levam carbono a mundos rochosos em zonas habitáveis.
This article was originally published by Universe Today. Read the original article.
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