Há cerca de 4,6 mil milhões de anos, o jovem Sol estava rodeado por um enorme disco de gás e poeira. Com o tempo, minúsculas partículas de poeira colidem e se unem, formando eventualmente corpos rochosos maiores chamados planetesimais, os blocos de construção de planetas e asteróides. Mas os cientistas acreditam que o processo está longe de ser simples. Diferentes regiões do sistema solar inicial podem ter evoluído sob condições muito diferentes, e vários estágios de formação planetária podem ter ocorrido simultaneamente.
Agora, investigadores do Instituto Max Planck de Investigação do Sistema Solar (MPS) da Alemanha afirmam ter identificado uma das regiões de formação planetária mais importantes do sistema solar. De acordo com publicado em O Jornal AstrofísicoUma região em forma de anel fora da órbita de Júpiter é um “terreno fértil” eficiente e versátil para planetesimais.
Através de simulações computacionais, a equipe de pesquisa descobriu que a região produziu planetesimais com composições completamente diferentes durante um período de cerca de dois milhões de anos.
“Diferentes tipos de planetesimais aparentemente formaram-se nas mesmas regiões dos primeiros discos de poeira e gás, apenas em momentos diferentes. As regiões fora da órbita de Júpiter proporcionam excelentes condições para isso,” afirma Joanna Drążkowska, líder do Grupo de Formação Planetária em Lise Meitner.
Como Júpiter cria uma armadilha de poeira cósmica
O estudo concentrou-se no período de aproximadamente dois a quatro milhões de anos após a formação do sistema solar. Nessa altura, Júpiter tinha reunido a maior parte do material próximo em torno da sua órbita, criando uma lacuna no disco circundante de gás e poeira.
Os cientistas acreditam que este processo também criou um anel de pressão mais elevada fora de Júpiter. Essa pressão retém grandes quantidades de poeira, fazendo com que pequenos aglomerados chamados seixos se acumulem ali. As primeiras pesquisas mostraram que essas “armadilhas de poeira” poderiam ajudar os planetesimais a se formarem rapidamente nos estágios iniciais do sistema solar.
O que não está claro é se estas armadilhas de poeira podem continuar a produzir tipos distintos de corpos durante longos períodos de tempo. Novas simulações mostram que sim.
Os investigadores demonstraram que ao longo de milhões de anos, diferentes populações de planetesimais podem ter-se formado na mesma área. Suas descobertas também conectam esses objetos simulados a grupos conhecidos de meteoritos encontrados na Terra.
“Pela primeira vez, conseguimos reproduzir com precisão os resultados de estudos laboratoriais de meteoritos usando simulações computacionais do início do Sistema Solar. Pode-se dizer que estes meteoritos são uma pedra de toque para teorias de formação de planetas”, disse Thorsten Kleine, diretor e cosmoquímico do MPS.
Meteoritos contêm pistas sobre o passado do sistema solar
Meteoritos são fragmentos de rochas espaciais que sobreviveram à sua jornada pela atmosfera terrestre e pousaram na superfície terrestre. Acredita-se que muitos sejam fragmentos de planetesimais antigos que pouco mudaram desde o nascimento do sistema solar.
Os pesquisadores se concentraram especificamente nos condritos carbonáceos, um tipo de meteorito rico em carbono. Estudos de laboratório mostram que estes meteoritos se formaram fora de Júpiter durante o mesmo período de exploração simulada.
Os cientistas dividem os condritos carbonáceos em seis grupos com base na sua idade e composição. Alguns são frágeis e feitos principalmente de material de granulação fina, enquanto outros são mais resistentes e contêm inclusões visíveis incorporadas no material de granulação fina.
Nas novas simulações, estes dois componentes são consistentes com dois tipos de materiais presentes no início do Sistema Solar. Um é feito de material quebradiço e empoeirado, enquanto o outro é feito de aglomerados mais resistentes que se formam precocemente em áreas mais quentes e depois se espalham por todo o disco.
“Para as nossas simulações, foi crucial simular o comportamento e a interação dos dois materiais em pequena e grande escala”, disse Nerea Gurrutxaga, estudante de doutorado do MPS e primeira autora do artigo.
Simulação revela múltiplas gerações de rocha espacial
O modelo da equipe rastreia colisões de partículas microscópicas e movimentos em grande escala em todo o disco gigante de gás. As partículas podem quebrar-se, unir-se, flutuar em direção ao sol ou ficar presas em determinadas áreas.
Simulações mostram que Júpiter atua como uma barreira mais forte para partículas maiores e mais sólidas do que para partículas menores de poeira. Ao mesmo tempo, a formação de novos planetesimais continua a consumir alguma matéria disponível.
Ao longo de milhões de anos, estes efeitos combinados fizeram com que ambos os tipos de material se acumulassem em proporções variadas fora da órbita de Júpiter. Essa mudança de equilíbrio eventualmente levou à formação de gerações distintas de planetesimais.
Durante os primeiros 500 mil anos, a quantidade de material frágil diminuiu e depois aumentou novamente nos milhões de anos seguintes. Mais tarde, surgiram duas populações diferentes de planetesimais, uma composta principalmente por material frágil e a outra composta principalmente por material mais estável.
Com base nos seus resultados, os investigadores suspeitam que outros tipos de meteoritos, além dos condritos carbonáceos, podem ter-se formado na mesma armadilha de poeira no início da história do Sistema Solar.
“Há fortes evidências de que as armadilhas de poeira são os locais de nascimento preferidos dos planetesimais no nosso sistema solar”, disse Joanna Drążkowska.
