Um estudante de doutorado em Sydney criou poeira cósmica do zero, recriando uma pequena fatia do universo dentro de um frasco de laboratório. A experiência fornece novas pistas sobre como alguns dos ingredientes químicos associados à vida podem ter evoluído antes da formação da Terra.
Linda Losurda, PhD em física de materiais e plasma na Escola de Física, combinou nitrogênio, dióxido de carbono e acetileno para modelar as condições energéticas encontradas perto de estrelas e remanescentes de supernovas.
Então ela submeteu os gases a uma poderosa carga elétrica. O processo criou uma poeira rica em carbono que se assemelha ao material que flutua no espaço interestelar e é armazenado dentro de cometas, asteróides e meteoritos.
As descobertas foram publicadas em Jornal Astrofísico da Sociedade Astronômica Americana.
Poeira espacial com os elementos essenciais da vida
A poeira de laboratório contém combinações complexas de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. Juntas, elas são conhecidas como moléculas CHON e são encontradas em muitas substâncias orgânicas consideradas essenciais à vida.
“Não precisamos mais esperar que um asteroide ou cometa atinja a Terra para entender sua história”, disse Losurda. “Você pode criar ambientes analógicos no laboratório e construir sua estrutura usando impressões digitais infravermelhas.
“Isto poderá dar-nos uma excelente visão sobre como a ‘poeira espacial carbonácea’ se pode formar no plasma emitido por estrelas gigantes e antigas, ou nos berçários cósmicos onde as estrelas nascem, e distribuir estas moléculas fascinantes que podem ser vitais para a vida.”
“É como se tivéssemos recriado um pouco do universo em uma garrafa em nosso laboratório.”
No espaço, a poeira cósmica se desenvolve sob condições extremas. As moléculas são repetidamente atingidas por íons e elétrons, desencadeando reações químicas que podem criar materiais cada vez mais complexos.
Os astrónomos identificam diferentes tipos de poeira cósmica estudando a luz infravermelha que emitem. Esses sinais atuam como impressões digitais moleculares, permitindo aos pesquisadores determinar a estrutura química do material.
As amostras de laboratório de Lasurd produziram as mesmas assinaturas infravermelhas distintas vistas no espaço. Esta coincidência indica que o experimento replica com precisão os processos que se acredita ocorrerem no ambiente espacial real.
Rastreando as origens dos blocos de construção da vida
Como a vida se originou na Terra continua sendo uma das questões mais importantes sem resposta da ciência. Os investigadores continuam a investigar se as primeiras moléculas orgânicas formadas num planeta jovem, chegaram a bordo de cometas e meteoritos, foram entregues quando o sistema solar ainda estava em formação ou resultaram de uma combinação destas possibilidades.
Entre cerca de 4,56 mil milhões e 3,5 mil milhões de anos atrás, meteoritos, micrometeoritos e partículas de poeira interplanetária de asteróides e cometas colidiram repetidamente com a Terra. Os cientistas acreditam que esses objetos trouxeram à superfície uma enorme quantidade de material orgânico.
No entanto, onde este material se formou originalmente e quais processos o criaram ainda é incerto.
“Acredita-se que o carbono e o hidrogênio ligados covalentemente no material de cometas e asteróides tenham se formado nas camadas externas das estrelas, em eventos de alta energia, como supernovas, e no meio interestelar”, disse Losurda.
“O que estamos a tentar compreender são as vias e condições químicas específicas que incorporam todos os elementos CHON nas complexas estruturas orgânicas que vemos na poeira espacial e nos meteoritos.”
Restauração de espaço dentro de tubos de vidro
Lasurda conduziu o experimento com seu supervisor, o professor David McKenzie. Pela primeira vez, os pesquisadores usaram uma bomba de vácuo para remover o ar dos tubos de vidro, criando condições que se aproximam do vácuo do espaço.
Eles então encheram os tubos com nitrogênio, dióxido de carbono e acetileno. Durante aproximadamente uma hora, a mistura gasosa foi exposta a um potencial elétrico de cerca de 10.000 volts. Isso criou uma forma de plasma chamada descarga luminosa.
A intensa energia dividiu as moléculas primordiais. Seus componentes são então recombinados em estruturas químicas maiores e mais complexas.
Com o tempo, o material recém-formado se depositou nos chips de silício dentro dos tubos, deixando para trás uma fina camada de poeira. Em algumas amostras, as partículas recolhidas assemelhavam-se a fragmentos brilhantes de material espacial.
McKenzie, coautor do estudo, disse que a geração dessa poeira na Terra dá aos cientistas acesso a condições que não podem ser facilmente investigadas diretamente no espaço.
“Ao criar poeira cósmica em laboratório, podemos investigar a intensidade dos impactos iônicos e as temperaturas que ocorrem quando a poeira se origina no espaço”, disse o professor McKenzie. “Isto é importante se quisermos compreender o ambiente dentro das nuvens de poeira cósmica, onde se pensa que ocorre a química vital.
“Também nos ajuda a interpretar o que um meteorito ou fragmento de asteróide passou durante a sua vida. A sua assinatura química preserva um registo da sua viagem, e experiências como esta ajudam-nos a aprender a ler esse registo.”
Criando uma biblioteca de impressões digitais para astrônomos
A pesquisa pode fazer mais do que descobrir como as moléculas associadas à vida se formaram. A equipe também planeja compilar um banco de dados detalhado de impressões digitais infravermelhas feitas por diferentes tipos de poeira espacial de laboratório.
Os astrónomos poderiam comparar estas assinaturas com observações de regiões de formação estelar e restos de estrelas mortas. O sinal correspondente pode revelar onde certas formas de poeira se formam e ajudar os pesquisadores a reconstruir os processos físicos e químicos que ali ocorrem.
O banco de dados também poderia melhorar a capacidade dos cientistas de interpretar a história registrada dentro de meteoritos e fragmentos de asteróides. A sua composição química pode conter evidências da exposição à temperatura, radiação e partículas que experimentaram durante as suas viagens no espaço.
Ao recriar a química cósmica em laboratório, a investigação dá aos investigadores uma nova forma de investigar os processos que ocorrem nas profundezas do meio estelar. Também pode lançar luz sobre algumas das antigas etapas químicas que eventualmente levaram à vida na Terra.
Lasurda ganhou o prêmio de melhor apresentação desta pesquisa no encontro anual internacional da Meteoritic Society no final do ano passado.
Os autores não relatam interesses conflitantes. Eles reconhecem o apoio da Unidade Australiana de Microscopia da Universidade de Sydney, e o trabalho recebeu financiamento do Conselho Australiano de Pesquisa.
