Qual é a composição de um cometa?

Um novo estudo conduzido por pesquisadores da Universidade do Sul da Flórida (USF), em Tampa, na Flórida, indica que o cometa C/2016 R2 (Pan-STARRS) é um cometa que possui abundância de monóxido de carbono e falta de cianeto de hidrogênio.

© Chris Schur (cometa C/2016 R2)

Descoberto em 7 de Setembro de 2016, o C/2016 R2 (Pan-STARRS) é um cometa da Nuvem de Oort que orbita o Sol a uma distância de 740 UA, e leva aproximadamente 20 mil anos para dar uma volta ao redor do Sol na sua órbita altamente excêntrica. O cometa é conhecido por ter uma coma com coloração azul profunda e uma complexa cauda de íon.

A Nuvem de Oort é uma reserva de núcleos cometários que datam do início do Sistema Solar. Estudar cometas como o C/2016 R2 (Pan-STARRS) poderia fornecer pistas importantes sobre a origem e a formação dos planetas e outros objetos do Sistema Solar.

O C/2016 R2 (Pan-STARRS) foi recentemente observado por Kacper Wierzchos e Maria Womack da USF. A partir das observações conduzidas em Dezembro de 2017 e Janeiro de 2018, os astrônomos empregaram o Submillimeter Telescope de 10 metros no Radiobservatório do Arizona. A campanha observacional foi focada na pesquisa do cometa focalizou nas emissões de monóxido de carbono e cianeto de hidrogênio.

As frequências das emissões de CO ocorreram em 250,53799 GHz e de HCN em 265,88643 GHz no cometa C/2016 R2 durante Dezembro de 2017 e Janeiro de 2018 quando as distâncias heliocêntricas e geocêntricas eram de respectivamente 2,9 UA e 2,1 UA.

Como resultado das observações, os pesquisadores detectaram emissões neutras de monóxido de carbono neste cometa pela primeira vez. Eles descobriram que a taxa de produção de CO é muito alta se comparada com outros cometas. O C/2016 R2 é descrito por Wiezchos e Womack como um cometa rico em CO onde a emissão de monóxido de carbono é assumida como o a principal causadora da atividade do cometa.

Contudo, os pesquisadores descobriram que a taxa de produção de cianeto de hidrogênio é muito baixa, cerca de 100 vezes menor do que aquela observada no C/1995 O1 Hale-Bopp, na mesma distância. Os pesquisadores notaram que a razão da taxa de produção de CO/HCN acima de 5.000 indica uma composição química incomum do C/2016 R2 que é difícil de entender em termos de composições típicas dos cometas.

Para entender melhor as peculiaridades do C/2016 R2, os astrônomos mediram a taxa de produção de nitrogênio molecular, N2. Eles descobriram que este cometa também é rico em N2, e não mostra uma depleção de N2 típica vista em outros cometas.

A composição da coma do C/2016 R2 é claramente bem diferente de outros cometas observados, tanto na alta abundância de N2, e na significante diminuição de outras moléculas normalmente abundantes como o HCN.

O primeiro cometa identificado como visitante de outro sistema estelar tem uma composição incomum, de acordo com pesquisas recentes.

O cometa interestelar 21/Borisov foi detectado em nosso Sistema Solar no ano passado. O visitante misterioso das profundezas do espaço deu aos cientistas uma oportunidade sem precedentes de compará-lo com outros cometas que se formaram ao redor do Sol.

Os novos dados sugerem que ele contém grandes quantidades de monóxido de carbono, uma possível pista de onde ele "nasceu".

As descobertas aparecem em dois estudos científicos independentes publicados pelo site especializado Nature Astronomy.

Em um dos estudos, uma equipe internacional, liderada por Martin Cordiner e Stefanie Milam, do Goddard Space Flight Center, da Nasa, apontou o radiotelescópio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma) em direção ao cometa nos dias 15 e 16 de dezembro de 2019.

O Alma é composto por 66 antenas posicionadas no topo de uma montanha no deserto do Atacama, no Chile, que permitem observar o espaço por meio de comprimentos de onda submilimétricos.

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Algumas das observações foram feitas usando o Alma, um radiotelescópio que fica no deserto do Atacama, no Chile

No outro estudo, Dennis Bodewits, da Universidade de Auburn, nos Estados Unidos, e seus colegas coletaram observações ultravioletas de 21/Borisov usando o Telescópio Espacial Hubble e o Observatório Neil Gehrels Swift.

Os cometas são feitos de gás, gelo e poeira e se formam no disco rotativo de matéria (disco protoplanetário) que orbita em torno de uma estrela, e onde costuma surgir planetas, asteroides e outros corpos celestes.

Eles podem semear novos mundos com os elementos químicos essenciais à vida e podem ter trazido água para a Terra quando ela ainda era muito jovem.

As equipes científicas identificaram duas moléculas no gás liberado pelo 21/Borisov: cianeto de hidrogênio (HCN) e monóxido de carbono (CO).

O HCN está presente em quantidades semelhantes em outros cometas encontrados no Sistema Solar.

No entanto, os cientistas ficaram surpresos ao ver grandes quantidades de CO. Os pesquisadores que usaram o Alma para suas observações estimam que a concentração de CO no 21/Borisov é de 9 a 26 vezes maior que a de um cometa comum em nosso sistema solar.

Crédito, ALMA / NRAO / AUI / NSF /

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Os cientistas encontraram uma concentração de monóxido de carbono incomum no 21/Borisov

"É a primeira vez que observamos o interior de um cometa vindo de fora do nosso Sistema Solar", disse Cordiner, "e é radicalmente diferente da maioria dos cometas que vimos anteriormente".

Ye Quanzhi, astrônomo da Universidade de Maryland, nos Estados Unidos, disse que esses achados são "importantes e surpreendentes".

"Aprendemos nos últimos dois meses que Borisov é semelhante aos cometas 'dinamicamente novos' em nosso Sistema Solar (ou seja, os cometas que se formaram nas extremidades do Sistema Solar e tendem a ter uma maior concentração de CO), portanto, espera-se uma certa abundância de CO, mas níveis tão altos de CO (pelo menos o dobro da quantidade de um cometa típico no Sistema Solar) são muito surpreendentes - pelo menos para mim", disse à BBC o pesquisador, que não participou dos estudos.

"É bom ver que diferentes equipes de astrônomos que trabalham com diferentes comprimentos de onda podem confirmar mutuamente os resultados uns dos outros", acrescentou.

O monóxido de carbono é comum no espaço e é encontrado na maioria dos cometas. Mas, por razões que não são claras, há uma imensa variação na concentração de CO nesses corpos congelados.

Isso pode estar em parte relacionado com onde o cometa se formou dentro de um sistema estelar. Também poderia estar ligado à frequência com que a órbita do cometa o aproxima de sua estrela e o leva a emitir gases que evaporam mais facilmente do gelo.

Crédito, ESO/M. KORNMESSER

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Oumuamua, detectado em 2017, foi o primeiro visitante de fora do nosso Sistema Solar identificado por nós

No entanto, Cordiner afirmou que "se os gases que observamos refletem a composição do local de nascimento de 21/Borisov, isso indica que ele poderia ter se formado, diferentemente dos cometas em nosso próprio Sistema Solar, em uma região extremamente fria e periférica de um sistema planetário distante".

Milam acrescentou que "o cometa deve ter se formado a partir de material muito rico em CO congelado, que está presente apenas nas temperaturas mais baixas encontradas no espaço, abaixo de -250 °C".

Cordiner destacou que o Alma já havia observado discos de poeira e gás - do que os planetas são feitos - ao redor de jovens estrelas de baixa massa semelhantes ao Sol.

"Muitos desses discos se estendem para além da região onde se acredita que nossos cometas se formam e contêm grandes quantidades de gás e poeira extremamente frios. É possível que 21/Borisov tenha vindo de um desses grandes discos."

Mas Bodewits ofereceu uma interpretação diferente, ao argumentar que o cometa pode ter se originado em torno de uma estrela anã vermelha, o tipo mais comum na galáxia da Via Láctea.

"Essas estrelas têm exatamente as baixas temperaturas e luminosidades em que um cometa pode se formar com a composição encontrada no cometa 21/Borisov", explicou.

Com base em sua alta velocidade (33 km/s), os astrônomos suspeitam que o 21/Borisov foi lançado para fora de seu sistema-natal após um encontro próximo com um planeta gigante ou uma estrela.

Depois, passou milhões ou bilhões de anos em uma viagem solitária pelo espaço interestelar até que foi descoberto, em 30 de agosto de 2019, pelo astrônomo amador Gennady Borisov.

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A outra equipe de cientistas estudou as ondas ultravioletas do cometa com o telescópio espacial Hubble

Os astrônomos continuam estudando o visitante, e observações recentes do comportamento do cometa indicaram que ele estava se fragmentando.

"Acho que Borisov se dividiu em duas partes, o Hubble observou o cometa em duas ocasiões diferentes e, em ambas, foi detectada a separação", disse Ye Quanzhi.

"Nossa observação foi feita alguns dias após a descoberta inicial e parecia mostrar uma evolução deste evento, e um dos fragmentos parece ter sido reduzido a uma massa amorfa de poeira."

O 21/Borisov é apenas o segundo corpo interestelar já detectado em nosso Sistema Solar.

O primeiro, conhecido como Oumuamua, foi descoberto em outubro de 2017, quando já estava saindo rapidamente de nossa região cósmica.

Embora tenha sido inicialmente chamado de cometa, não deu sinais das emissões de gás e poeira característicos desses objetos (que foram observados no 21/Borisov).

Um estudo publicado no início deste mês na Nature Astronomy sugeriu que Oumuamua, que tem a forma de um charuto, poderia ser a lasca arrancada de um planeta pela gravidade de sua estrela-mãe.

Qual é a composição básica dos cometas?

Quais são as partes que compõem um cometa?

Quais as características do cometa?

Qual é a reação de um cometa ao se aproximar da Terra?