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, pequenos grãos de poeira colidiram e se aglomeraram, formando eventualmente corpos rochosos maiores chamados planetesimais, os blocos de construção de planetas e asteróides. Mas os cientistas acreditam que este processo estava longe de ser simples. Diferentes regiões do Sistema Solar inicial provavelmente desenvolveram-se sob condições muito diferentes, e vários estágios de formação planetária poderiam ter ocorrido simultaneamente.
Agora, pesquisadores do Instituto Max Planck para Pesquisa do Sistema Solar (MPS), na Alemanha, dizem ter identificado uma das regiões de formação planetária mais importantes do Sistema Solar. De acordo com um novo estudo publicado em Jornal astrofísicoa região em forma de anel logo além da órbita de Júpiter atuou como um “berçário” eficiente e surpreendentemente versátil para planetesimais.
Utilizando simulações computacionais, a equipe descobriu que esta região produziu planetesimais com composições muito diferentes durante um período de aproximadamente dois milhões de anos.
“Diferentes tipos de planetesimais parecem ter-se formado na mesma região do disco inicial de poeira e gás, apenas em momentos diferentes. A região além da órbita de Júpiter proporcionou excelentes condições para isso,” disse Joanna Dronzkowska, chefe do grupo de formação planetária de Lisa Meitner.
Como Júpiter criou uma armadilha de poeira cósmica
O estudo centra-se no período entre dois e quatro milhões de anos após a formação do sistema solar. Nessa altura, Júpiter já tinha recolhido 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 gás de alta pressão logo além de Júpiter. Essa pressão prendeu grandes quantidades de poeira, permitindo que pequenos aglomerados conhecidos como seixos se acumulassem ali. Estudos anteriores já mostraram que tais “armadilhas de poeira” podem contribuir para a rápida formação de planetesimais nos estágios iniciais do Sistema Solar.
Ainda não estava claro se essas armadilhas de poeira poderiam continuar a produzir tipos de corpos muito diferentes por longos períodos de tempo. Novas simulações mostram que sim.
Os investigadores mostraram que diferentes populações de planetesimais provavelmente se formaram na mesma região ao longo de milhões de anos. As suas descobertas também ligam estes objetos simulados a grupos conhecidos de meteoritos encontrados na Terra.
“Pela primeira vez, fomos capazes de reproduzir com precisão os resultados de estudos laboratoriais de meteoritos usando simulações computacionais do início do sistema solar. Os meteoritos servem, por assim dizer, como pedra de toque para teorias de formação de planetas”, disse o diretor do MPS e cosmoquímico Torsten Klein.
Meteoritos contêm pistas sobre o passado do sistema solar
Meteoritos são fragmentos de rocha espacial que sobreviveram à sua jornada pela atmosfera da Terra e pousaram na superfície do planeta. Acredita-se que muitos sejam partes de antigos planetesimais que mudaram muito pouco desde os primeiros dias do sistema solar.
Os pesquisadores se concentraram particularmente 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 estudado nas simulações.
Os cientistas dividem os condritos carbonáceos em seis grupos, dependendo de sua idade e composição. Alguns são frágeis e feitos principalmente de material de granulação fina, enquanto outros são mais duráveis e contêm inclusões visíveis incorporadas no material mais fino.
Nas novas simulações, estes dois componentes correspondem aos dois tipos de matéria que se pensa terem existido no início do Sistema Solar. Um consistia em material empoeirado frágil, enquanto o outro consistia em aglomerados mais estáveis que se formaram muito cedo nas regiões mais quentes antes de se espalharem por todo o disco.
“Foi muito importante para as nossas simulações modelar o comportamento e a interação de ambos os materiais em pequena e grande escala”, disse Nerea Gurutxaga, estudante de pós-graduação do MPS e primeira autora do artigo.
A simulação mostra várias gerações de rochas espaciais
Os modelos da equipe rastrearam tanto as colisões de partículas microscópicas quanto os movimentos em grande escala do enorme disco de gás. As partículas podem desintegrar-se, aglomerar-se, derivar em direção ao Sol ou ficar presas em regiões específicas.
As simulações mostraram que Júpiter atuou como uma barreira mais forte para partículas maiores e mais duras do que para grãos de poeira menores. Ao mesmo tempo, a formação de novos planetesimais consumiu continuamente parte do material disponível.
Com o passar de milhões de anos, estes efeitos combinados fizeram com que os dois tipos de material se acumulassem em proporções diferentes para além da órbita de Júpiter. Esta mudança no equilíbrio eventualmente levou à formação de gerações distintas de planetesimais.
Durante os primeiros 500 mil anos, a quantidade de material friável diminuiu antes de aumentar novamente durante o milhão de anos seguinte. Mais tarde, surgiram duas populações distintas de planetesimais, uma composta principalmente de material frágil e a outra de matéria mais estável.
Com base nos seus resultados, os investigadores suspeitam que tipos adicionais de meteoritos, além dos condritos carbonáceos, também podem ter-se formado no mesmo sumidouro de poeira no início da história do Sistema Solar.
“Existem evidências convincentes de que as armadilhas de poeira foram o principal local de nascimento dos planetesimais no nosso sistema solar”, disse Joanna Dražkowska.
