ALMA confirma: cometas forjam moléculas orgânicas em suas atmosferas empoeiradas

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Artigo traduzido de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array.

Uma equipe internacional de cientistas que usam o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) fez incríveis imagens em 3D de atmosferas fantasmagóricas que cercam os cometas ISON e Lemmon. Estas novas observações forneceram importantes informações sobre como e onde cometas forjam novas substâncias químicas, incluindo compostos orgânicos intrigantes.

Os cometas contêm alguns dos materiais mais antigos e mais puros do nosso Sistema Solar. Entender sua química única poderia revelar muito sobre o nascimento do nosso planeta e a origem de compostos orgânicos que são os blocos de construção da vida. Observações de alta resolução do ALMA forneceram uma tentadora perspectiva em 3D da distribuição das moléculas dentro das atmosferas, ou comas, desses dois cometas.

Localização aproximada do cometa ISON no nosso Sistema Solar no momento das observações do ALMA. Crédito: B. Saxton (NRAO / AUI / NSF); NASA / ESA Hubble; M. Cordiner, NASA, et al.
Localização aproximada do cometa ISON no nosso Sistema Solar no momento das observações do ALMA. Crédito: B. Saxton (NRAO / AUI / NSF); NASA / ESA Hubble; M. Cordiner, NASA, et al.

“Conseguimos verdadeiramente o primeiro mapeamento do tipo das moléculas importantes que nos ajudam a compreender a natureza dos cometas”, disse o líder da equipe Martin Cordiner, um astroquímico da Universidade Católica da América trabalhando no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland.

O componente crítico 3D das observações do ALMA foi feita pela combinação de alta-resolução de imagens bidimensionais dos cometas com espectros de alta-resolução obtidos a partir de três moléculas orgânicas importantes – cianeto de hidrogênio (HCN), isocianeto de hidrogênio (HNC), e formaldeído (H2CO). Estes espectros foram obtidos em cada ponto de cada imagem. Eles identificaram não só as moléculas presentes, mas também as suas velocidades, o que proporcionou a terceira dimensão, indicando a profundeza das atmosferas dos cometas.

Localização aproximada do cometa Lemmon no nosso Sistema Solar no momento das observações do ALMA. Crédito: B. Saxton (NRAO / AUI / NSF); Gerald Rhemann; M. Cordiner, NASA, et al.
Localização aproximada do cometa Lemmon no nosso Sistema Solar no momento das observações do ALMA. Crédito: B. Saxton (NRAO / AUI / NSF); Gerald Rhemann; M. Cordiner, NASA, et al.

Os novos resultados revelaram que o gás HCN flui para fora do núcleo bastante uniformemente em todas as direções, enquanto está concentrado em grupos e jatos. A resolução requintada do ALMA pôde identificar claramente esses aglomerados se movendo em diferentes regiões dos comas dos cometas de um dia para o outro e até mesmo de uma hora para outra. Estes padrões distintos confirmam que as moléculas HNC e H2CO realmente são formadas dentro do coma e fornecem novas evidências de que o HNC pode ser produzido pela quebra de moléculas grandes ou pó orgânico.

“O entendimento da poeira orgânica é importante, porque esses materiais são mais resistentes à destruição durante a entrada na atmosfera, e alguns poderiam ter sido entregues intactos à Terra primitiva, alimentando assim o surgimento de vida”, disse Michael Mumma, diretor do Centro Goddard de Astrobiologia e um co-autor do estudo. “Estas observações abrem uma nova janela sobre este componente orgânico dos cometas pouco conhecido”.

“Então, o ALMA não só nos permitiu identificar moléculas individuais nos coma, mas também nos deu a capacidade de mapear os locais com grande sensibilidade”, disse Anthony Remijan, astrônomo com o National Radio Astronomy Observatory (NRAO), em Charlottesville, Virginia e um co-autor do estudo.

A emissão a partir de moléculas orgânicas na atmosfera de cometa ISON como observado com ALMA. Crédito: B. Saxton (NRAO / AUI / NSF); M. Cordiner, NASA, et al.
A emissão a partir de moléculas orgânicas na atmosfera de cometa ISON como observado com ALMA. Crédito: B. Saxton (NRAO / AUI / NSF); M. Cordiner, NASA, et al.
A emissão a partir de moléculas orgânicas na atmosfera de cometa Lemmon, como observado com ALMA. Crédito: B. Saxton (NRAO / AUI / NSF); M. Cordiner, NASA, et al.
A emissão a partir de moléculas orgânicas na atmosfera de cometa Lemmon, como observado com ALMA. Crédito: B. Saxton (NRAO / AUI / NSF); M. Cordiner, NASA, et al.

As observações, publicadas na revista Astrophysical Journal Letters, também foram significativas porque cometas modestos como Lemmon e ISON contêm concentrações relativamente baixas dessas moléculas cruciais, tornando-os difíceis de investigar em profundidade com telescópios terrestres. Os poucos estudos abrangentes deste tipo até agora têm sido realizados sobre cometas extremamente brilhantes, tais como o Hale-Bopp. Os resultados atuais serão estendidos para os cometas de brilho moderado.

O cometa ISON (formalmente conhecido como C/2012 S1) foi observado com o ALMA entre 15-17 de novembro de 2013, quando estava a apenas 75 milhões de quilometros do Sol (cerca de metade da distância entre a Terra e o Sol). O cometa Lemmon (formalmente conhecido como C/2012 F6) foi observado entre 01-02 de junho de 2013, quando estava a 224 milhões km do Sol (cerca de 1,5 vezes a distância entre a Terra e o Sol).

“A alta sensibilidade alcançada nestes estudos abre o caminho para observações de cometas menos brilhantes ou mais distantes”, disse Stefanie Milam, uma co-autora do estudo. “Os resultados sugerem que também deve ser possível mapear moléculas mais complexas que até agora escaparam da detecção em cometas.”

Esta pesquisa foi financiada pelo Instituto de Astrobiologia da NASA, através do Centro Goddard de Astrobiologia e pelos programas de Atmosferas Planetárias e Astronomia Planetária da NASA.

(vídeo: Visualização do ALMA da distribuição 3D da molécula orgânica HCN na atmosfera de cometa Lemmon. Crédito: Visualização por Brian Kent (NRAO / AUI / NSF) )

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