Missão espacial revela origens de asteroide Ryugu, na nebulosa solar

No ano de 2019, a Agência de Exploração Aeroespacial do Japão enviou a sonda Hayabusa2 para explorar o asteroide 162173 Ryugu, que fica em órbita próximo à Terra e é composto por fragmentos rochosos cuja origem é um corpo maior.

Múltiplos rovers trouxeram amostras da superfície do asteroide de volta à Terra para que cientistas pudessem estudá-las.

Leia mais:

• Quantos anos vive um asteroide? Mistério pode ser solucionado em breve; entenda
• Como um astro do rock ajudou a NASA a salvar missão de amostragem de asteroide
• Hubble tira nova foto do asteroide que colidiu com nave DART

Como as análises foram feitas?

• Uma equipe de 89 cientistas de diferentes universidades e institutos de pesquisa ao redor do mundo se juntou para estudar essas amostras, buscando entender a escala de tempo e condições para tais mudanças acontecerem.
• O estudo foi publicado na revista Nature Geoscience, traçando a formação do asteroide com foco em dois compostos específicos: carbonato de cálcio (calcita) e carbonato de cálcio-magnésio (dolomita).
• A fonte de carbono para esses carbonatos é postulada como sendo monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano e/ou matéria orgânica que pode ter se formado na nebulosa solar, a nuvem gasosa da qual se acredita que o sistema solar tenha se originado.
• As amostras foram examinadas com uso de microscópios especializados em petrologia, nos quais cristais de calcita (<10 micrômetros de tamanho) e dolomita (dezenas de micrômetros) foram identificados, sendo que este último predomina em comparação.
• Medições dos isótopos de carbono e oxigênio (duas ou mais formas do mesmo elemento com massas atômicas diferentes) ajudam a revelar a temperatura e as condições de oxigênio do ambiente no momento em que o mineral foi depositado.
• Esses valores eram variáveis e muito maiores do que os da calcita na Terra, com as razões ¹⁸O/¹⁶O sendo 24-46‰ (partes por mil) maiores e 13C/12C 65-108‰ maiores.
• Por outro lado, as medições da dolomita foram muito mais restritas, variando de 31-36‰ para ¹⁸O/¹⁶O e 67-75‰ para 13C/12C.

O que foi descoberto?

• As amostras revelaram que o asteroide Ryugu é parecido com meteoritos primitivos, que são pedaços antigos de rocha espacial, semelhantes aos condritos do tipo Ivuna.
• Elas mostraram que há substâncias químicas que indicam que a água esteve presente.
• Em particular, alterações na superfície do asteroide por água no corpo parente, em temperaturas estimadas de até 150 °C, produziram minerais secundários (incluindo filossilicatos, carbonatos, sulfetos e óxidos).
• A equipe de pesquisa concluiu que a calcita se formou no asteroide primeiro em uma ampla faixa de temperaturas e condições de oxigênio.
• Isso aconteceu antes que a dolomita cristalizasse em um ambiente muito mais restrito, com níveis estáveis elevados de dióxido de carbono e estimativas de temperatura de 37 ± 10 °C.
• Essas descobertas são únicas para os asteroides Ryugu e Ivunu, não tendo sido identificadas em outros meteoritos hidratados até o momento.

Hipóteses e análises sobre o asteroide Ryugu

Os cientistas usaram técnicas especiais para descobrir como era o ambiente onde essas substâncias se formaram.

A maior variação nas razões isotópicas de oxigênio nos cristais de calcita é sugerida como resultado parcial de temperaturas de formação variando amplamente de 0-150 °C, mas não apenas isso, pois caso contrário, os isótopos de carbono mostrariam uma correlação positiva, o que não ocorre.

Em vez disso, os pesquisadores indicam que o ¹⁸O/¹⁶O da água e o ¹³C/¹²C dos íons de carbonato variaram ao longo do tempo e do espaço.

Como resultado, eles hipotetizam que as razões ¹⁸O/¹⁶O eram mais altas durante a formação inicial do sistema solar, antes da alteração aquosa do asteroide, e isso diminuiu subsequentemente ao longo do tempo à medida que mais cristais foram formados por interações entre água e rocha.

A diferença isotópica entre os cristais de calcita e dolomita é, portanto, resolvida pelo primeiro cristalizar-se a partir de fluidos menos “evoluídos” antes do último, em que o cálcio também foi mais facilmente lixiviado da rocha do que o magnésio.

Quatro cenários são considerados para explicar a variabilidade de ¹³C/¹²C:

1. Fracionamento isotópico do tipo Rayleigh, onde compostos ricos em ¹²C são preferencialmente liberados (como metano);
2. Cristalização fracionada, onde a formação de carbonatos iniciais altera a composição do reservatório restante a partir do qual carbonatos subsequentes podem cristalizar;
3. Mistura de múltiplos reservatórios de carbono com diferentes razões ¹³C/¹²C;
4. Variações nos isótopos de oxigênio e hidrogênio que causam mudanças nas razões isotópicas para a formação de monóxido de carbono, dióxido de carbono e metano, dos quais o carbono é obtido para os cristais.

O que os isótopos contam

Desses cenários, o fracionamento isotópico do tipo Rayleigh é descartado, pois causaria razões ¹³C/¹²C mais altas na dolomita formada a partir de fluidos “mais evoluídos”, quando o oposto é observado nas amostras. Da mesma forma, a cristalização fracionada é descartada, assim como a mistura de reservatórios de carbono, já que os tempos de mistura para o asteroide Ryugu seriam muito curtos.

Portanto, é o último cenário de variação do oxigênio que é sugerido como o principal impulsionador das mudanças nas razões ¹³C/¹²C. Isso resultou na oxidação do ferro na rocha pela água e é medido com base na produção de hidrogênio liberado pela água. A hipótese coincide com observações de aumento de ferro no meteorito com a alteração progressiva.

Em geral, o ambiente rico em ¹³C é observado como sendo raro no sistema solar além dos carbonatos em meteoritos, e a equipe de pesquisa sugere que o corpo parente do meteorito Ryugu se formou dentro de uma região fria da nebulosa solar.

Em resumo, o que se descobriu sobre a formação do asteroide?

• O asteroide Ryugu é feito de pedaços de rocha antiga, parecidos com meteoritos antigos.
• Amostras do asteroide mostram substâncias que indicam a presença de água em sua história.
• Cientistas analisaram calcita e dolomita, substâncias formadas com carbono.
• O carbono que formou essas substâncias pode ter vindo dos gases na nebulosa solar, onde nosso sistema solar nasceu.
• O Ryugu se formou em uma parte fria da nebulosa solar, o que nos dá pistas sobre como ele se originou.
• Análises de isótopos mostraram que a água mudou ao longo do tempo, revelando como as substâncias se formaram.
• As descobertas da missão Hayabusa2 e análises das amostras nos ajudam a entender melhor como o asteroide Ryugu e o nosso sistema solar se formaram desde os primórdios cósmicos.

Já assistiu aos novos vídeos no YouTube do Olhar Digital? Inscreva-se no canal!