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As cabeças dos cometas podem ser verdes, mas nunca suas caudas: depois de 90 anos, finalmente sabemos por quê
Um novo estudo, publicado hoje em Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) , finalmente encontrou uma maneira de testar esta reação química em um laboratório - e ao fazer isso, provou esta teoria de 90 anos correto.
Por University of New South Wales - 20/12/2021



Domínio público

De vez em quando, o Cinturão de Kuiper e a Nuvem de Oort lançam bolas de neve galácticas feitas de gelo, poeira e rochas em nosso caminho: restos de 4,6 bilhões de anos da formação do sistema solar.

Essas bolas de neve - ou, como as conhecemos, cometas - passam por uma metamorfose colorida à medida que cruzam o céu, com muitas cabeças de cometas assumindo uma cor verde radiante que fica mais brilhante à medida que se aproximam do sol.

Mas, estranhamente, essa sombra verde desaparece antes de atingir uma ou duas caudas atrás do cometa .

Astrônomos, cientistas e químicos ficaram intrigados com esse mistério por quase um século. Na década de 1930, o físico Gerhard Herzberg teorizou que o fenômeno se devia ao fato de a luz do sol destruir o carbono diatômico (também conhecido como dicarbono ou C 2 ), um produto químico criado a partir da interação entre a luz solar e a matéria orgânica na cabeça do cometa - mas como o dicarbono não é estável , esta teoria tem sido difícil de testar.

Um novo estudo conduzido pela UNSW em Sydney, publicado hoje em Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) , finalmente encontrou uma maneira de testar esta reação química em um laboratório - e ao fazer isso, provou esta teoria de 90 anos correto.

"Provamos o mecanismo pelo qual o dicarbonato é quebrado pela luz solar", diz Timothy Schmidt, professor de química da UNSW Science e autor sênior do estudo.

"Isso explica por que o coma verde - a camada difusa de gás e poeira ao redor do núcleo - encolhe conforme um cometa se aproxima do Sol, e também por que a cauda do cometa não é verde."

O ator principal no centro do mistério, o dicarbonato, é altamente reativo e responsável por dar a muitos cometas sua cor verde. É feito de dois átomos de carbono unidos e só pode ser encontrado em ambientes extremamente energéticos ou com pouco oxigênio, como estrelas, cometas e o meio interestelar .

O dicarbonato não existe nos cometas até que eles se aproximem do sol. Quando o Sol começa a aquecer o cometa, a matéria orgânica que vive no núcleo de gelo evapora e entra em coma. A luz solar então quebra essas moléculas orgânicas maiores, criando dicarbonato.

A equipe liderada pela UNSW mostrou agora que, à medida que o cometa se aproxima ainda mais do Sol, a radiação ultravioleta extrema quebra as moléculas de dicarbonato que criou recentemente em um processo chamado 'fotodissociação'. Esse processo destrói o dicarbonato antes que ele possa se mover para longe do núcleo, fazendo com que a coma verde fique mais brilhante e encolha - e garantindo que o tom verde nunca chegue à cauda.
 
Esta é a primeira vez que esta interação química foi estudada aqui na Terra.

"Acho incrível que alguém na década de 1930 tenha pensado que provavelmente é isso o que está acontecendo, até o nível de detalhe do mecanismo de como estava acontecendo, e 90 anos depois, descobrimos que é o que está acontecendo", disse Jasmin Borsovszky , principal autor do estudo e ex-aluno do UNSW Science Honors.

"Herzberg foi um físico incrível e ganhou o Prêmio Nobel de Química na década de 1970. É muito emocionante ser capaz de provar uma das coisas que ele teorizou."

O professor Schmidt, que estuda o dicarbonato há 15 anos, diz que as descobertas nos ajudam a entender melhor o dicarbonato e os cometas.

“O dicarbonato vem da quebra de moléculas orgânicas maiores congeladas no núcleo do cometa - o tipo de moléculas que são os ingredientes da vida”, diz ele.

"Ao compreender sua vida útil e destruição, podemos entender melhor quanto material orgânico está evaporando dos cometas. Descobertas como essas podem um dia nos ajudar a resolver outros mistérios espaciais."

Um show de laser como nenhum outro

Para resolver esse quebra-cabeça, a equipe precisava recriar o mesmo processo químico galáctico em um ambiente controlado na Terra.

Eles conseguiram isso com a ajuda de uma câmara de vácuo, muitos lasers e uma poderosa reação cósmica.

"Primeiro tivemos que fazer essa molécula que é muito reativa para ser armazenada em uma garrafa", diz o Prof. Schmidt. “Não é algo que possamos comprar nas lojas.

"Fizemos isso pegando uma molécula maior, conhecida como percloroetileno ou C 2 Cl 4 , e explodindo seus átomos de cloro (Cl) com um laser UV de alta potência."

As moléculas de dicarbonato recém-fabricadas foram enviadas através de um feixe de gás em uma câmara de vácuo, que tinha cerca de dois metros de comprimento.

A equipe então apontou outros dois lasers ultravioleta para o dicarbonato: um para inundá-lo com radiação, o outro para tornar seus átomos detectáveis. O impacto da radiação rasgou o dicarbonato, enviando seus átomos de carbono para um detector de velocidade.

Ao analisar a velocidade desses átomos que se movem rapidamente, a equipe pode medir a força da ligação de carbono em cerca de um em 20.000 - o que é como medir 200 metros até o centímetro mais próximo.

A Sra. Borsovszky diz que, devido à complexidade do experimento, demorou nove meses até que pudessem fazer a primeira observação.

“Estávamos prestes a desistir”, diz ela. “Demorou muito para ter certeza de que tudo estava precisamente alinhado no espaço e no tempo.

"Os três lasers eram todos invisíveis, então houve muitas facadas no escuro - literalmente."

O professor Schmidt diz que esta é a primeira vez que alguém observa essa reação química.

"É extremamente gratificante ter resolvido um enigma que remonta à década de 1930."

Resolvendo mistérios espaciais

Existem cerca de 3700 cometas conhecidos no sistema solar, embora se suspeite que possam haver bilhões a mais. Em média, o núcleo de um cometa tem espantosos 10 quilômetros de largura - mas seu coma costuma ser 1000 vezes maior.

Cometas brilhantes podem dar shows espetaculares para aqueles que têm a sorte de vê-los. Mas, no passado, os cometas poderiam ter feito mais do que isso pela Terra - na verdade, uma das teorias sobre a origem da vida é que os cometas uma vez entregaram os blocos de construção da vida direto à nossa porta.

"Esta pesquisa empolgante nos mostra o quão complexos são os processos no espaço interestelar", disse o professor Martin van Kranendonk, astrobiólogo e geólogo da UNSW que não esteve envolvido no estudo.

"A Terra primitiva teria experimentado uma confusão de diferentes moléculas portadoras de carbono sendo entregues à sua superfície, permitindo que reações ainda mais complexas ocorressem na preparação para a vida."

Agora que o caso da cauda verde ausente em cometas foi resolvido, o Prof. Schmidt, que se especializou em química espacial, quer continuar resolvendo outros mistérios espaciais.

Em seguida, ele espera investigar bandas interestelares difusas: padrões de linhas escuras entre estrelas que não correspondem a nenhum átomo ou molécula que conhecemos.

“Bandas interestelares difusas são um grande mistério não resolvido”, diz ele. "Não sabemos por que a luz que chega à Terra muitas vezes tem pedaços arrancados.

"Este é apenas mais um mistério em um enorme inventário de coisas bizarras no espaço que ainda estamos para descobrir."

 

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