De que forma Theia e os condritos carbonáceos tornaram a Terra habitável

Como a Terra, sozinha entre os planetas rochosos do Sistema Solar, tornou-se um lar para a vida? Como, em meio a tanta frieza e ausência de vida, o nosso planeta acabou ficando quente, acolhedor e capaz de sustentar organismos vivos?

A resposta para essas perguntas é complexa e tem várias camadas, e parte dela vem da cosmoquímica, um campo interdisciplinar que investiga como os elementos químicos estão distribuídos.

O Sistema Solar é um lugar movimentado, onde tudo está em deslocamento. Há 4,5 bilhões de anos, ele era ainda mais caótico, com os planetas ainda em formação e planetesimais e embriões planetários passando em alta velocidade e colidindo uns com os outros.

De algum modo, em meio a todo esse caos, a Terra recebeu uma quantidade acima da média de condritos carbonáceos e dos aminoácidos e outros compostos favoráveis à vida que vieram com eles.

Estudos em cosmoquímica mostraram que entre 5% e 10% da massa da Terra veio de condritos carbonáceos que atingiram o jovem planeta. As pesquisas também indicam que uma parte significativa disso pode ter vindo do impactador Theia, responsável pela formação da Lua.

Para testar essas ideias com mais rigor, um trio de pesquisadores utilizou simulações dinâmicas da formação do Sistema Solar para verificar se seria possível reproduzir esse cenário.

A pesquisa se chama "Dynamical origin of Theia, the last giant impactor on Earth." O autor principal é Duarte Branco, do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, no Observatório Astronômico de Lisboa, em Portugal. O estudo será publicado na revista Icarus.

Uma das distinções mais importantes da cosmoquímica é a diferença entre os condritos carbonáceos (CCs) e os meteoritos não carbonáceos (NCs). Essa divisão separa a população de meteoritos do Sistema Solar em dois grupos e sugere que existem dois reservatórios distintos de material.

Os CCs se formaram mais longe do Sol, provavelmente além de Júpiter, e carregam mais voláteis, como água e compostos orgânicos. Já os NCs incluem materiais como meteoritos de ferro e contêm menos substâncias voláteis.

Para testar a hipótese de que Theia entregou CCs e voláteis à Terra, os pesquisadores realizaram simulações detalhadas do Sistema Solar. Foram simulações de N corpos das fases finais do crescimento dos planetas terrestres.

As simulações começaram nos estágios finais da formação planetária, após a dispersão do disco gasoso do Sistema Solar. A massa sólida disponível foi dividida entre planetesimais e embriões planetários.

A simulação incluiu CCs lançados para o interior do Sistema Solar enquanto Júpiter e Saturno ainda cresciam e acumulavam matéria. Devido à diferença de tamanho entre planetesimais e embriões planetários, os embriões têm maior chance de interagir com os planetas terrestres e entregar material CC.

Os pesquisadores executaram três tipos de simulação. A primeira, chamada small only, inclui apenas objetos CC pequenos, ou planetesimais. A segunda, chamada large only, inclui somente objetos CC grandes, isto é, embriões planetários. A terceira reúne tanto planetesimais quanto embriões CC e foi chamada de cenário mixed.

Em um subconjunto de 10 simulações de cada um desses cenários, eles incluíram o efeito da instabilidade dinâmica dos planetas gigantes. Na astronomia, isso é conhecido como o “modelo de Nice” e descreve como os planetas gigantes alteraram suas órbitas em relação às posições em que se formaram inicialmente.

O objetivo era determinar como os CCs e NCs foram distribuídos no Sistema Solar e entender como a Terra terminou com mais CCs do que os outros planetas rochosos, especialmente Marte. Os pesquisadores também queriam investigar se o impacto de Theia poderia ter sido responsável por entregar uma grande parte do material CC terrestre.

Um resultado claro é que o papel da instabilidade dos planetas gigantes, especialmente a mudança de órbita de Júpiter, teve um efeito marcante na acreção de material CC pela Terra.

Quando os pesquisadores adicionaram a instabilidade dinâmica dos planetas gigantes, o quadro ficou ainda mais interessante. “A instabilidade dos planetas gigantes mudou dramaticamente a evolução do sistema, provocando um forte pulso de excitação de excentricidade, o que levou a uma onda de colisões e ejeções”, escrevem os autores. Ainda assim, o estado final do sistema não mudou muito.

Uma parte crucial das simulações envolve o impactador Theia. Pesquisas anteriores sugerem que Theia pode ter sido um objeto carbonáceo. Se isso for verdade, boa parte da habitabilidade que tornou a Terra favorável à vida pode ter resultado dessa colisão.

“No cenário misto sem instabilidade dos planetas gigantes, o impactador final da Terra incluiu um componente CC em mais da metade de todas as simulações. Em 38,5% das simulações, o impactador final era um embrião CC puro, e em outros 13,5%, o impactador era um embrião NC que havia previamente acrescido um embrião CC”, escrevem os pesquisadores.

De modo geral, as simulações desenham um quadro do Sistema Solar primitivo com dois anéis distintos de planetesimais: um anel interno composto por planetesimais rochosos e um anel externo de condritos carbonáceos.

Mais tarde, à medida que os gigantes de gelo migraram para dentro, eles impulsionaram material CC em direção ao Sistema Solar interno. Parte desse material ficou presa no cinturão de asteroides, enquanto os objetos mais massivos foram preferencialmente espalhados para as órbitas dos planetas rochosos.

“A acreção em estágio tardio dos planetas terrestres envolveu uma série de impactos gigantes entre embriões e planetesimais NC, com impactos ocasionais de objetos CC”, explicam os autores.

Esse cenário ajuda a explicar várias características do Sistema Solar. Ele explica as massas e as órbitas dos planetas terrestres, assim como a distribuição orbital dos asteroides. Também reproduz a fração de massa CC da Terra e de Marte, sendo que Marte não possui as mesmas concentrações de material CC encontradas na Terra.

Se a simulação small only estivesse correta, na qual o material CC existia apenas na forma de planetesimais, a fração de massa CC de Marte e da Terra seria aproximadamente a mesma.

Os pesquisadores buscaram mostrar que, em linha com estudos anteriores, Theia poderia ter sido o último grande impactador da Terra e que carregava uma quantidade significativa de material CC. Ao que tudo indica, conseguiram.

Nas simulações, o impacto gigante final da Terra ocorreu com Theia, e esse objeto apresentava concentrações mais altas de material CC, o que ajudou a tornar a Terra habitável. Esse resultado está de acordo com o pensamento científico atual.

O trabalho mostra que o último impacto ocorreu entre 5 e 150 milhões de anos após a dispersão do gás. Uma grande parte desses casos ficou no intervalo entre 20 e 70 milhões de anos. Existem incertezas sobre o momento do impacto de Theia, e esses resultados permanecem compatíveis com elas.

As simulações também reforçam outras conclusões, mostrando que embriões e planetesimais CC podem ter sido acrescidos ao longo de todo o crescimento da Terra, mas com maior concentração nas fases mais tardias desse processo.

“Dentro do contexto desse cenário, o último grande impactador da Terra continha um componente CC em aproximadamente metade de todas as simulações mistas”, escrevem os autores.

“Na maioria desses casos (38% das simulações), Theia era um embrião CC pristino, e nos demais casos Theia era um embrião NC que havia previamente acrescido um embrião CC.”

A pesquisa também mostra que Júpiter teve um papel importante na arquitetura do Sistema Solar. Ele não apenas limita o cinturão de asteroides, como também foi decisivo para determinar a composição final dos planetas terrestres ao espalhar material CC do Sistema Solar externo para o caminho dos planetas rochosos, especialmente da Terra.

Uma infinidade de fatores precisou dar certo para que a Terra se tornasse o mundo capaz de sustentar vida que conhecemos hoje. Não se sabe quão provável é que existam outros mundos semelhantes por aí. Pode ser que estar na zona habitável não seja suficiente para que um exoplaneta sustente vida.

Talvez exista um número impressionante de variáveis que precisam se alinhar, incluindo planetas gigantes externos que migram e levam carbono a mundos rochosos situados em zonas habitáveis.

Este artigo foi publicado originalmente por Universe Today. Leia o artigo original.