Durante décadas, os astrônomos tentaram entender por que tantos corpos gelados no sistema solar parecem bonecos de neve com duas partes arredondadas coladas. Pesquisadores da Universidade Estadual de Michigan estão agora apresentando evidências que apontam para um processo surpreendentemente simples que pode explicar como essas formas incomuns se formam.
Além do turbulento cinturão de asteroides entre Marte e Júpiter fica o Cinturão de Kuiper, uma região distante além de Netuno repleta de remanescentes congelados dos primeiros dias do Sistema Solar. Esses objetos primitivos, conhecidos como planetesimais, são os blocos de construção que sobraram da formação do planeta. Cerca de 10% deles são classificados como binários de contato, o que significa que consistem em dois lóbulos conectados que lhes conferem a aparência de um boneco de neve. Até recentemente, os cientistas não sabiam como tais formas poderiam desenvolver-se naturalmente.
Novas simulações apoiam colapso gravitacional
Jackson Barnes, um estudante de pós-graduação da MSU, desenvolveu as primeiras simulações computacionais capazes de criar naturalmente essas estruturas bilobadas por meio do colapso gravitacional. Seus resultados foram publicados em Avisos mensais da Royal Astronomical Society.
Modelos computacionais anteriores simplificaram os impactos tratando os corpos em colisão como massas fluidas que se aglutinam em esferas lisas. Essa suposição impediu os pesquisadores de recriar a forma característica de duas partes vista nos binários de contato. Usando o cluster de computação de alto desempenho do Instituto de Pesquisa Cibernética (ICER) da MSU, Barnes criou um ambiente digital mais realista. Em seu modelo, os objetos formadores mantêm sua resistência estrutural, permitindo que sejam colocados uns contra os outros em vez de se fundirem em uma única esfera.
Algumas explicações anteriores baseavam-se em eventos cósmicos raros ou condições incomuns. Embora tais cenários sejam possíveis, eles não podem explicar facilmente por que tais objetos são relativamente comuns.
“Se acreditarmos que 10% dos planetesimais são binários de contacto, então o seu processo de formação não pode ser raro”, disse Seth Jacobson, professor de ciências da Terra e ambientais e autor sénior do artigo. “O colapso gravitacional se ajusta bem ao que observamos.”
Os Novos Horizontes da NASA e o Cinturão de Kuiper
O contato com binários ganhou ampla atenção quando a espaçonave New Horizons da NASA capturou uma imagem em close-up de um em janeiro de 2019. As imagens levaram os cientistas a observar mais de perto objetos adicionais do cinturão de Kuiper, descobrindo que cerca de um em cada 10 planetesimais tem esta forma. No pouco povoado Cinturão de Kuiper, esses corpos distantes flutuam com relativamente poucas colisões, permitindo a sobrevivência de estruturas frágeis.
O próprio Cinturão de Kuiper é um resquício do início da Via Láctea, quando a galáxia existia como um disco giratório de gás e poeira. Este material antigo ainda está presente nesta região, incluindo planetas anões como Plutão, cometas e inúmeros planetesimais.
Como os planetesimais se formam e se fundem
Os planetesimais estiveram entre os primeiros grandes objetos a se formar a partir do disco rodopiante de poeira e seixos que cercava o jovem Sol. Assim como os flocos de neve se unem para formar uma bola de neve, as partículas menores são atraídas pela gravidade em aglomerados maiores.
Quando essas nuvens rotativas se desintegraram, às vezes elas se dividiram em dois corpos separados que começaram a orbitar um ao outro. Os astrônomos observam frequentemente esses planetesimais binários no cinturão de Kuiper. Na simulação de Barnes, o vapor é gradualmente enrolado para dentro. Em vez de uma colisão violenta, os dois corpos entram suavemente em contacto e fundem-se, mantendo as suas formas arredondadas e criando a forma familiar de boneco de neve.
Por que os binários de contato sobrevivem
Uma vez conectados, esses objetos podem permanecer intactos por bilhões de anos. Segundo Barnes, a sua estabilidade a longo prazo deve-se à baixa probabilidade de impactos subsequentes. As colisões são raras no distante Cinturão de Kuiper. Sem um acidente devastador, não há nada que divida os dois destinos. Muitos objetos binários possuem até poucas crateras.
Embora os cientistas suspeitassem que o colapso gravitacional desempenhava um papel na formação de binários de contacto, os modelos anteriores careciam da física detalhada necessária para testar exaustivamente esta ideia. O trabalho de Barnes é o primeiro a incluir os processos necessários para a sua recuperação bem sucedida.
“Podemos testar esta hipótese pela primeira vez de forma legítima”, disse Barnes. “Isso é o que há de tão fascinante neste documento.”
Barnes acredita que o modelo também poderia ajudar os pesquisadores a estudar sistemas mais complexos envolvendo três ou mais entidades relacionadas. A equipe está agora desenvolvendo simulações aprimoradas para mostrar melhor como as nuvens em colapso se comportam.
À medida que futuras missões da NASA continuam a explorar os confins do sistema solar, Jacobson e Barnes esperam que ainda mais mundos em forma de boneco de neve possam ser descobertos.
