Meteoritos rochosos revelam o tempo da migração de Júpiter

Renderização artística de Júpiter.

O gigante gasoso causou colisões de vaporização de ferro no cinturão de asteroide interno há cinco milhões de anos.

Os meteoritos rochosos mais jovens no sistema solar podem revelar quando Júpiter migrou passando pelo cinturão de asteroide. Estes meteoros contêm grãos de metal que só podem ser o resto de colisões de alta velocidade impulsionadas pela esfera de influência gravitacional de Júpiter.

Uma nova evidência vem de um grupo raro de meteoritos chamados CB Chondrites, que formados entre aproximadamente 4.8 e 5 milhões de anos, são o produto de colisões de objetos em altíssimas velocidades nos primeiros dias selvagens da formação do sistema solar. CB Chondrites contêm grãos de ferro e níquel cuja estrutura mostra que eles devem ter se condensado a partir do estado de vapor diretamente para o estado sólido. Esses pequenos grãos irregulares de metal condensado foram uma vez parte de núcleos de ferro-níquel de objetos rochosos durante o inicio do sistema solar, e a presença deles aponta para uma série de colisões de alta velocidade entre esses objetos, com choque e temperatura suficiente para vaporizar o ferro.

Nosso sistema solar nem sempre foi como é agora. Estes gigantes gasosos devem ter se formado próximo ao sol e depois migrado para fora, ou eles devem ter feito uma pequena aventura pelo sistema solar interno antes de recuar de volta para o sistema solar externo. A evidência da migração dos gigantes gasosos está gravada nas partes do sistema solar que eles deixaram para trás – A composição e dinâmicas dos objetos rochosos do sistema solar interno.

“Muito da estrutura de nosso sistema solar é impulsionada pela formação e migração dos planetas gigantes,” disse Brandon Johnson, um cientista planetário na Universidade Brown que estuda dinâmicas de impacto.

Astronomia de Alto Impacto:

Vaporizar o ferro, como você pode imaginar, não é uma tarefa fácil. Para um choque vaporizar o núcleo de ferro de um asteroide rochoso precisa haver um impacto de aproximadamente 18 quilômetros por segundo, de acordo com experimentos de laboratório e simulações de computador. Nesta velocidade, a onda de choque do impacto comprime e esquenta o núcleo metálico e o manto de silicato do asteroide, fazendo com que se tornem um fluido supercrítico – um material sobre uma quantidade tão alta de pressão e calor que não existe mais uma diferença entre o seu estado líquido e gasoso.

Uma vez que a onda de choque passa, a pressão diminui e o fluido se torna uma mistura de líquido e vapor. À medida que esfria, o vapor se condensa em gotas de metal e silicato fundido, formando os grãos de metal que nós vemos nos CB Chondrites hoje em dia.

O problema é que na teoria padrão de como o sistema solar se formou não existem objetos no cinturão de asteroide movendo-se a velocidades suficientemente altas para produzir esses impactos de vaporização de metal. Isso requer alguma coisa grande para agitar as coisas – como um impulso gravitacional de um gigante gasoso.  Com a sua forte gravidade, Júpiter teria sido capaz de acelerar objetos a velocidades mais do que suficiente para vaporizar ferro em impactos.

A gravidade de Júpiter também teria puxado material a partir de regiões exteriores do sistema solar, misturando tal material com o que já estava no cinturão de asteroide. Isso explica a diversidade de material que nós vemos no cinturão de asteroide hoje em dia, sem mencionar a presença de material do sistema solar externo nos atuais CB Chondrites.

A maioria dos cientistas planetários já aceita a ideia de que Júpiter e os outros gigantes gasosos não se formaram em suas atuais posições, mas em vez disso, eles migraram para as suas presentes órbitas na história do sistema solar. A maioria dos debates agora se foca em quando eles migraram e qual curso eles seguiram. Percebendo que os CB Chondrites requerem a interferência de Júpiter para se formar, e sabendo quando eles se formaram, ajuda a diminuir a vargem de erro de estimativas de tempo.

O Sucesso Esmagador:

Um dos mais populares modelos teóricos para a migração de Júpiter, chamado de Grand Tack, diz que Júpiter deve ter se formado a 3.5 unidades astronômicas de distância do sol (UA=149,597,870,700 metros). À medida que ele gravitacionalmente atraía o gás circundante para construir a sua densa atmosfera, Júpiter mudou a distribuição de material na nebulosa solar, que eventualmente atraiu o planeta para o interior do sistema solar. E isso levou Júpiter para a vizinhança do atual cinturão de asteroide, e quando Saturno se formou, a influência gravitacional de ambos levou ambos os gigantes gasosos para o exterior do sistema solar de novo, e assim Júpiter terminou em sua atual órbita de 5.2 unidades astronômicas.

Johnson a seus colegas colocaram o Grand Tack no modelo de formação de sistema solar deles. Descobriram que cerca de 500 mil anos atrás, a massiva influência gravitacional de Júpiter causou um grande pico de velocidades de impacto na área que hoje é o cinturão de asteroide. A simulação produziu várias colisões esmagadoras, incluindo um impacto de 33 quilômetros por segundo entre um grande objeto de 300 quilômetros de diâmetro e um objeto menor de 90 quilômetros de diâmetro. Esse impacto, de acordo com os pesquisadores, teria vaporizado entre 30% e 60% do núcleo metálico do objeto maior, produzindo os grãos de metal presentes nos CB Chondrites. Eles publicaram o trabalho deles no jornal Science Advances.

Desde que cientistas sabem, graças aos testes de isótopos, quando os CB Chondrites se formaram, este modelo ajuda eles a se aproximar de uma estimativa de quando Júpiter deve ter passado através do sistema solar interno. A maioria dos cientistas concorda a respeito do tempo que um gigante gasoso leva para formar o seu núcleo planetário, acumule a maior parte do gás circundante e comece a migrar. A maioria deles também concorda que a migração para no momento em que todo o gás da nebulosa solar acaba, entre aproximadamente 100,000 e 1,000,000 de anos após o gigante gasoso começar a migrar. Colocando todas as peças desse quebra-cabeça juntas, descobre-se que os núcleos planetários dos gigantes gasosos levaram entre aproximadamente 4.5 e 5 milhões de anos para se formar e que a nebulosa solar se dispersou um pouco depois.

E tudo isso foi possível através de análises minuciosas da presença de estranhos grãos de metal em um raro subtipo de asteroide. “Nosso trabalho demonstra que meteoritos podem também oferecer pistas sobre os jovens planetas gigantes e suas vontades de viajar,” disse Johnson.

Traçando o Curso de Júpiter:

Mas diminuir a margem de erro de estimativas de tempo não responde a todas as potenciais perguntas sobre a viagem de longo-tempo-atrás de Júpiter. O Grand Tack não é o único modelo teórico plausível para o percurso do gigante gasoso; outros modelos teóricos sugerem que Júpiter se formou no interior do sistema solar, muito mais perto do sol, e se moveu lentamente para o exterior do sistema solar.

O modelo teórico de Johnson não dá uma estimativa precisa do percurso que Júpiter andou, mas deixa claro que o gigante gasoso tinha que estar numa região muito específica para explicar a presença de CB Chondrites. A evidência apoia qualquer cenário teórico que coloque Júpiter no local exato e no tempo exato.

“Eu acho que modelos que explorem uma série de potenciais caminhos de migração irão diminuir a margem de erro de estimativas do que mais provavelmente aconteceu em nosso sistema solar. Isto é algo que nós estamos buscando como futuro trabalho,” Johnson disse.

[Traduzido e adaptado por: @jonathantorres19]

Fonte: Astronomy