As amostras do asteroide Bennu trazidas à Terra pela missão OSIRIS-REx continuam mudando nossa compreensão sobre os primeiros milhões de anos do Sistema Solar. Desta vez, pequenas diferenças entre os átomos presentes naquele material permitiram aos cientistas investigar uma pergunta que parecia impossível de responder diretamente: de que região do disco que cercava o jovem Sol vieram os componentes que formaram o corpo parental de Bennu?
A resposta encontrada é mais complexa do que simplesmente apontar para o Sistema Solar interno ou externo.
Uma equipe liderada por pesquisadores da ETH Zürich analisou isótopos presentes no material coletado pela OSIRIS-REx e concluiu que Bennu preserva características de materiais provenientes das duas regiões. O cenário proposto é que seu corpo parental tenha se formado a partir de material acumulado próximo à chamada linha de gelo da água, uma fronteira no antigo disco protoplanetário onde as temperaturas se tornavam suficientemente baixas para que o vapor de água condensasse e formasse gelo.
Naquela região, há aproximadamente 4,5 bilhões de anos, partículas transportadas de diferentes partes do disco poderiam ter se encontrado e se misturado. E um dos responsáveis por criar as condições necessárias para essa mistura pode ter sido um Júpiter ainda muito jovem e em processo de crescimento.
Os resultados foram publicados na revista Science Advances e fornecem não apenas uma nova interpretação para a origem do material de Bennu, mas também pistas sobre como poeira, gelo e outros componentes circularam pelo disco que deu origem aos planetas, asteroides e demais corpos do Sistema Solar.
Meteoritos fornecem há décadas algumas das melhores amostras disponíveis para investigar a origem do Sistema Solar. Mas eles apresentam uma limitação inevitável: antes de chegarem aos laboratórios, atravessaram a atmosfera terrestre, sofreram intenso aquecimento durante a entrada e permaneceram algum tempo expostos ao ambiente da Terra.
Uma missão de retorno de amostras permite eliminar grande parte desses problemas.
A OSIRIS-REx coletou diretamente rochas e poeira da superfície de Bennu em outubro de 2020. A cápsula contendo o material retornou à Terra em 24 de setembro de 2023 e entregou 121,6 gramas, mais do que o dobro da quantidade exigida inicialmente pela missão.
Desde então, pequenas porções desse material vêm sendo distribuídas para laboratórios especializados ao redor do mundo. Como as amostras foram coletadas diretamente do asteroide e preservadas cuidadosamente contra contaminação terrestre, elas oferecem uma oportunidade rara de analisar material primitivo do Sistema Solar em condições excepcionalmente controladas.
A equipe da ETH Zürich recebeu aproximadamente meio grama do material de Bennu. Pode parecer pouco, mas para determinadas análises isotópicas essa quantidade representa um recurso científico extremamente valioso.
Os pesquisadores estavam interessados principalmente nos isótopos de elementos como ferro, titânio e cromo.
E esses isótopos funcionam como uma espécie de registro da origem do material.
Isótopos são versões do mesmo elemento químico que possuem o mesmo número de prótons, mas quantidades diferentes de nêutrons.
No início do Sistema Solar, a matéria que formou o disco ao redor do jovem Sol não era perfeitamente homogênea. Pequenas diferenças na abundância de determinados isótopos permaneceram preservadas nos materiais que posteriormente formaram asteroides, meteoritos e planetas.
Essas diferenças são extremamente pequenas, mas instrumentos modernos conseguem medi-las com enorme precisão.
Com isso, os cientistas descobriram ao longo das últimas décadas uma divisão fundamental entre muitos dos materiais primitivos do Sistema Solar.
De um lado estão os meteoritos chamados não carbonáceos, conhecidos pela sigla NC, associados predominantemente ao reservatório do Sistema Solar interno.
Do outro estão os carbonáceos, ou CC, associados a um reservatório diferente e geralmente relacionado a regiões mais externas do antigo disco protoplanetário.
Essa divisão isotópica é uma das principais pistas disponíveis para reconstruir a estrutura do Sistema Solar durante seus primeiros milhões de anos.
Bennu parecia, inicialmente, um representante relativamente claro do segundo grupo.
Antes mesmo da chegada das amostras à Terra, observações realizadas pela OSIRIS-REx já indicavam que Bennu era um asteroide extremamente rico em material primitivo e alterado pela presença de água.
As análises laboratoriais posteriores confirmaram que suas amostras apresentam fortes semelhanças com os condritos carbonáceos CI, um grupo extremamente raro de meteoritos.
Isso não significa que Bennu seja literalmente um “condrito CI”. Condritos são meteoritos classificados a partir de materiais que chegaram à Terra. Bennu é um asteroide do tipo B cuja composição apresenta grande afinidade com esse grupo.
As amostras também possuem fortes semelhanças com o material do asteroide Ryugu, trazido à Terra pela missão japonesa Hayabusa2.
A nova análise isotópica reforçou essa ligação.
Bennu, Ryugu e os condritos CI apresentam assinaturas suficientemente semelhantes para indicar que seus materiais provavelmente estão relacionados a um mesmo grande reservatório de poeira existente no início do Sistema Solar.
Mas havia algo que precisava ser explicado.
Durante muito tempo, materiais semelhantes aos condritos CI foram associados às regiões mais externas do Sistema Solar.
Essa interpretação fazia sentido. Eles são ricos em água e materiais voláteis, substâncias que são preservadas com mais facilidade longe do calor do jovem Sol.
Por isso, um cenário possível colocava a formação de seus corpos parentais em regiões muito distantes, talvez próximas daquelas onde os cometas se originaram.
Os novos resultados não favorecem essa interpretação simples.
Ao combinar as diferentes assinaturas isotópicas encontradas nas amostras, os pesquisadores concluíram que o material de Bennu apresenta características que não podem ser atribuídas de maneira clara apenas ao reservatório interno ou externo.
Maria Schönbächler, professora de Geoquímica Isotópica da ETH Zürich e uma das responsáveis pelo trabalho, descreveu Bennu como um “híbrido”.
A palavra é importante.
Ela não significa que metade de Bennu tenha vindo de uma região e metade de outra em proporções perfeitamente definidas. Significa que sua assinatura química e isotópica é mais bem explicada por uma região na qual materiais provenientes de diferentes partes do disco estavam sendo misturados.
E existe uma fronteira no antigo Sistema Solar particularmente adequada para isso.
Imagine o Sistema Solar com apenas alguns milhões de anos.
O Sol já existe, mas os planetas ainda estão se formando dentro de um enorme disco de gás, poeira e gelo.
Quanto mais perto da estrela, maior a temperatura. Quanto mais distante, mais frio.
Em determinada distância existia uma região onde a temperatura caía o suficiente para que o vapor de água condensasse e permanecesse na forma de gelo.
Essa fronteira é conhecida como linha de gelo da água.
Ela não era uma linha rígida e imóvel. Sua posição mudou durante a evolução do disco conforme as temperaturas e outras condições se modificaram.
Mas sua existência tinha consequências profundas para a formação dos corpos sólidos.
Do lado quente, a água permanecia principalmente como vapor. Além da fronteira, partículas podiam incorporar grandes quantidades de gelo.
Isso aumentava a quantidade de material sólido disponível e modificava a maneira como os pequenos grãos se agregavam.
Segundo o novo estudo, foi nas proximidades dessa região de transição que os materiais que deram origem ao corpo parental de Bennu provavelmente se acumularam.
Para explicar como materiais provenientes de regiões diferentes poderiam ter chegado à mesma área, os pesquisadores propõem um papel importante para Júpiter.
O planeta gigante começou a se formar muito cedo na história do Sistema Solar e sua presença modificou profundamente o disco de gás e poeira ao seu redor.
Um planeta suficientemente massivo perturba o gás do disco e pode criar diferenças de pressão capazes de alterar o movimento das partículas sólidas.
Mas esse efeito depende do tamanho das partículas.
Agregados relativamente grandes podem ser aprisionados em regiões de pressão criadas pela presença do planeta, enquanto partículas muito pequenas, fortemente acopladas ao gás, conseguem continuar circulando pelo disco.
No cenário apresentado pelos pesquisadores, o jovem Júpiter funcionava como uma espécie de filtro.
Ele dificultava a passagem de material mais grosso, enquanto partículas finas provenientes de diferentes regiões continuavam sendo transportadas pelo gás.
Essas partículas puderam então se misturar intensamente próximo à região da linha de gelo.
É justamente esse processo que poderia explicar a assinatura encontrada em Bennu.
Essa diferença entre partículas grandes e pequenas ajuda a resolver outra característica importante das amostras.
Bennu possui composição química extremamente primitiva e, em vários aspectos, próxima das proporções de elementos encontradas no próprio Sol.
Uma mistura eficiente de poeira fina proveniente de diferentes regiões do disco poderia produzir exatamente esse tipo de material.
Os pesquisadores propõem que Júpiter tenha impedido que grande parte dos agregados maiores atravessasse determinadas regiões do disco, mas não tenha bloqueado da mesma maneira a poeira microscópica.
Com o tempo, essa poeira fina se acumulou próximo à linha de gelo.
Ali, a água teve outro papel fundamental.
Pequenos grãos de poeira precisam se unir para iniciar o longo processo que acaba produzindo corpos maiores.
Próximo à linha de gelo, a condensação da água forneceu uma maneira eficiente de ajudar essas partículas a permanecerem juntas.
Segundo o cenário apresentado no estudo, o gelo funcionou como uma espécie de agente de ligação entre os grãos finos.
Com quantidades cada vez maiores de poeira e gelo se acumulando, pequenas estruturas cresceram progressivamente até formar corpos muito maiores.
Entre eles estaria o antigo corpo parental do qual, bilhões de anos depois, Bennu acabaria surgindo.
Esse cenário também ajuda a explicar por que as amostras do asteroide contêm tanta evidência de interação com água.
O corpo parental de Bennu possuía gelo em seu interior. Depois de sua formação, o aquecimento interno derreteu parte desse gelo, permitindo que água líquida reagisse extensivamente com os minerais.
É por isso que hoje encontramos nas amostras de Bennu minerais fortemente alterados pela água, mesmo que atualmente não exista um oceano líquido dentro do pequeno asteroide.
Essa distinção é fundamental para entender o resultado.
Quando falamos sobre o “local onde Bennu se formou”, estamos simplificando uma história muito mais longa.
O Bennu atual tem aproximadamente 500 metros de diâmetro e é um aglomerado de fragmentos mantidos juntos pela gravidade, frequentemente descrito como um asteroide do tipo pilha de escombros.
Ele não necessariamente existia com esse tamanho, formato e estrutura quando o Sistema Solar nasceu.
O material analisado pela equipe fazia parte de um corpo parental muito maior.
Esse objeto sofreu alterações internas e, posteriormente, colisões violentas no cinturão de asteroides o destruíram. Parte dos destroços acabou se reunindo novamente em corpos menores.
Bennu é um desses descendentes.
Portanto, a nova pesquisa tenta descobrir onde se formaram os materiais e o corpo ancestral que deram origem ao asteroide, e não colocar o Bennu atual diretamente ao lado do jovem Júpiter há 4,5 bilhões de anos.
Hoje Bennu pertence a uma categoria completamente diferente em termos orbitais: é um asteroide próximo da Terra.
Ele completa uma órbita ao redor do Sol aproximadamente a cada 1,2 ano e periodicamente se aproxima de nosso planeta.
Mas isso é resultado de uma história orbital ocorrida muito depois da formação de seus materiais.
O corpo parental provavelmente viveu no cinturão principal de asteroides. Colisões produziram fragmentos e, ao longo de enormes intervalos de tempo, diferentes mecanismos alteraram suas órbitas.
Pequenos efeitos térmicos, ressonâncias gravitacionais principalmente com os planetas e sucessivas perturbações podem transportar asteroides do cinturão principal para órbitas que cruzam a região dos planetas internos.
Bennu acabou seguindo esse caminho.
Sua órbita atual, portanto, não revela diretamente o local onde seu material nasceu.
Os isótopos preservados dentro dele são uma pista muito mais antiga.
É justamente isso que torna as amostras da OSIRIS-REx tão valiosas.
A missão não trouxe apenas pedras de um asteroide próximo da Terra.
Ela trouxe material que preserva informações sobre a circulação de matéria dentro do disco protoplanetário quando os planetas ainda estavam sendo construídos.
Os resultados sugerem que a divisão entre Sistema Solar interno e externo não deve ser interpretada como uma barreira completamente impermeável.
Júpiter provavelmente exerceu uma influência enorme na movimentação dos sólidos, mas partículas suficientemente pequenas ainda podiam atravessar diferentes regiões e se misturar.
Perto da linha de gelo, essa poeira encontrou condições favoráveis para se acumular.
Dessa mistura surgiram materiais que hoje reconhecemos em Bennu, Ryugu e nos raríssimos meteoritos CI.
A hipótese ainda precisará ser testada com outras amostras e modelos mais detalhados. Os próprios pesquisadores destacam que permanece em aberto até que ponto o jovem Júpiter foi responsável pela seleção preferencial da poeira fina e se outros asteroides preservam a mesma assinatura isotópica.
Mas existe uma vantagem que os cientistas do século XXI possuem e que gerações anteriores não tiveram: agora podemos comparar meteoritos encontrados na Terra com amostras coletadas diretamente de asteroides cuja origem conhecemos.
E mais material está a caminho.
A missão japonesa Martian Moons eXploration deverá tentar trazer amostras de Fobos, uma das luas de Marte. Essas futuras amostras poderão oferecer mais um conjunto de dados para investigar a movimentação de materiais durante a formação do Sistema Solar.
Enquanto isso, os 121,6 gramas trazidos de Bennu continuam sendo distribuídos e analisados em laboratórios de diferentes países.
Cada laboratório procura respostas diferentes naquele material.
Neste caso, menos de um grama foi suficiente para encontrar vestígios de uma época em que a Terra ainda não existia como planeta formado, Júpiter continuava crescendo e bilhões de toneladas de poeira circulavam ao redor do jovem Sol.
Bennu acabou próximo da Terra bilhões de anos depois.
Mas sua composição ainda guarda registros do lugar onde a história começou.
Sobre a Imagem: O asteroide Bennu fotografado pela missão OSIRIS-REx. Amostras coletadas diretamente de sua superfície e trazidas à Terra estão permitindo reconstruir a origem dos materiais que formaram seu antigo corpo parental nos primeiros milhões de anos do Sistema Solar.
Crédito: NASA/Goddard/Universidade do Arizona