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Novo tipo de grão estelar descoberto
A química incomum dos grãos poderia dizer aos cientistas mais sobre a origem da água da Terra
Por Robert Perkins - 24/07/2021


Reprodução

Os cientistas descobriram um novo tipo de poeira estelar cuja composição indica que se formou durante uma forma rara de nucleossíntese (o processo pelo qual novos núcleos atômicos são criados) e pode lançar uma nova luz sobre a história da água na Terra.

Uma equipe liderada por cosmoquímicos da Caltech e da Victoria University of Wellington, na Nova Zelândia, estudou agregados de minerais antigos dentro do meteorito Allende (que caiu na Terra em 1969) e descobriu que muitos deles tinham quantidades anormalmente altas de estrôncio-84, uma luz relativamente rara isótopo do elemento estrôncio, assim chamado devido ao número combinado de prótons (38) e nêutrons (46) em seu núcleo.

"O estrôncio-84 faz parte de uma família de isótopos produzidos por um processo nucleossintético, denominado processo p , que permanece misterioso", diz François LH Tissot da Caltech , professor assistente de geoquímica. "Nossos resultados apontam para a sobrevivência de grãos possivelmente contendo estrôncio-84 puro. Isso é empolgante, pois a identificação física de tais grãos forneceria uma chance única de aprender mais sobre o processo-p."

Tissot e o colaborador Bruce LA Charlier, da Victoria University of Wellington, são co-autores de um estudo que descreve as descobertas que foi publicado na Science Advances em 9 de julho.

"Isso é realmente interessante", diz Charlier. "Queremos saber qual é a natureza desse material e como ele se encaixa na mistura de ingredientes que formaram a receita dos planetas."

Estrôncio (símbolo atômico: Sr), um metal quimicamente reativo, tem quatro isótopos estáveis: estrôncio-84 e seus primos mais pesados ​​que têm 86, 87 ou 88 prótons e nêutrons combinados em seus núcleos. Os cientistas descobriram que o estrôncio é útil ao tentar datar objetos do início do sistema solar porque um de seus isótopos pesados, o estrôncio-87, é produzido pela decadência do isótopo radioativo rubídio-87 (símbolo atômico: Rb).

O rubídio-87 tem uma meia-vida muito longa, 49 bilhões de anos, que é mais de três vezes a idade do universo. A meia-vida representa a quantidade de tempo necessária para que a radioatividade de um isótopo caia para a metade de seu valor original, permitindo que esses isótopos sirvam como cronômetros para datar amostras em escalas de tempo variáveis. O isótopo radioativo mais famoso usado para datação é o carbono-14, o isótopo radioativo do carbono; com sua meia-vida de aproximadamente 5.700 anos, o carbono-14 pode ser usado para determinar as idades de materiais orgânicos (contendo carbono) em escalas de tempo humanas, até cerca de 60.000 anos. O Rubídio-87, em contraste, pode ser usado para datar os objetos mais antigos do universo e, mais perto de casa, os objetos do sistema solar.

O que é particularmente atraente sobre o uso do par Rb-Sr para datação é que o rubídio é um elemento volátil - isto é, tende a evaporar para formar uma fase gasosa mesmo em temperaturas relativamente baixas - enquanto o estrôncio não é volátil. Como tal, o rubídio está presente em uma proporção maior em objetos do sistema solar que são ricos em outros voláteis (como a água), porque eles se formaram em temperaturas mais baixas.

Contra-intuitivamente, a Terra tem uma razão Rb / Sr que é 10 vezes menor do que a de meteoritos ricos em água, o que implica que o planeta ou se acumulou de materiais pobres em água (e, portanto, pobres em rubídio) ou se acumulou de materiais ricos em água, mas perdeu a maior parte de sua água ao longo do tempo, assim como seu rubídio. Entender qual desses cenários ocorreu é importante para entender a origem da água na Terra.

Em teoria, o cronômetro Rb-Sr deve ser capaz de separar esses dois cenários, já que a quantidade de Sr-87 produzida por decaimento radioativo em um determinado período de tempo não será a mesma se a Terra começar com muito rubídio versus menos do material.

No último cenário, ou seja, com menos rubídio, a Terra recém-formada teria sido pobre em voláteis, como a água, portanto, a quantidade de Sr-87 na terra e em meteoritos pobres em voláteis seria semelhante à observada nos meteoritos mais antigos -Sólidos conhecidos do sistema solar, os chamados CAIs. Os CAIs são inclusões ricas em cálcio e alumínio encontradas em certos meteoritos. Com 4.567 bilhões de anos, os CAIs representam os primeiros objetos que se condensaram na nebulosa solar primitiva, o disco rotativo e achatado de gás e poeira do qual o sistema solar nasceu. Como tal, CAls oferecem uma janela geológica sobre como e de que tipo de materiais estelares o sistema solar se formou.

"Eles são testemunhas essenciais dos processos que ocorreram durante a formação do sistema solar", diz Tissot.

No entanto, a composição dos CAIs há muito atrapalha a capacidade dos cientistas de determinar se a Terra se formou principalmente seca ou não. Isso ocorre porque CAls, ao contrário de outros materiais do sistema solar, têm proporções anômalas dos quatro isótopos de estrôncio, com uma proporção ligeiramente elevada de estrôncio-84. Assim, eles representam um desafio à validade do sistema de datação de rubídio-estrôncio. E também levantam uma questão fundamental: por que são diferentes?

Para saber mais, Tissot e Charlier pegaram nove espécimes dos chamados CAls de granulação fina. Os CAIs de granulação fina preservaram sua textura condensada (ou seja, semelhante a um floco de neve), o que atesta sua natureza primitiva.

A equipe lixiviou meticulosamente esses CAIs banhando-os em ácidos gradualmente mais agressivos para remover os minerais quimicamente mais reativos (e o estrôncio que eles contêm), deixando um concentrado apenas da fração mais resistente. A amostra final continha Sr-84 quase puro, enquanto uma amostra típica é composta por 0,56 por cento de Sr-84.

"A lixiviação em etapas é um instrumento um tanto rombudo porque você não tem certeza do que exatamente está destruindo a cada etapa", diz Charlier. "Mas o cerne do que descobrimos é que, uma vez que você removeu 99 por cento dos componentes comuns dentro dos CAIs, o que resta é algo altamente exótico que não esperávamos."

"A assinatura é diferente de qualquer outra encontrada no sistema solar", diz Tissot. Os grãos com essa assinatura, concluíram Tissot e Charlier, devem ter se formado antes do nascimento do sistema solar e sobrevivido ao processo cataclísmico durante o qual os grãos estelares foram aquecidos a temperaturas extremamente altas, vaporizados e então condensados ​​em materiais sólidos.

Dada a abundância relativa de estrôncio-84, a descoberta aponta para a provável existência em meteoritos de grãos nanométricos contendo estrôncio-84 quase puro que foram formados durante um raro processo nucleossintético antes da formação do próprio sistema solar. A natureza desses grãos ainda é um mistério, pois apenas sua composição isotópica no estrôncio revela sua existência. Mas os altos níveis de Sr-84 nos CAIs sugerem que a Terra e os meteoritos pobres em voláteis têm mais estrôncio-87 do que os CAIs, favorecendo o cenário em que a Terra se acumulou com mais água e elementos voláteis, que foram posteriormente perdidos nos primeiros milhões anos após sua formação.

O artigo da Science Advances é intitulado " Sobrevivência de portadores de p-nuclídeos presolares na nebulosa revelada por lixiviação gradual de inclusões refratárias de Allende ." Os coautores incluem o estudante de graduação da Caltech Ren T. Marquez, Hauke ​​Vollstaedt da Thermo Fisher Scientific em Bremen, Alemanha, Nicolas Dauphas da Universidade de Chicago e Colin JN Wilson da Victoria University of Wellington. O financiamento para apoiar esta pesquisa veio da Victoria University of Wellington, Caltech, NASA, National Science Foundation e MIT.

 

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