As cabeleiras dos cometas podem ser verdes, mas nunca as suas caudas. Após 90 anos, finalmente sabemos porquê

De vez em quando, a Cintura de Kuiper e a Nuvem de Oort lançam “bolas de neve” galácticas compostas de gelo, poeira e rocha na nossa direção: remanescentes da formação do Sistema Solar com 4,6 mil milhões de anos.

Estas “bolas de neve” – os cometas – passam por uma metamorfose colorida ao cruzarem o céu, e muitos núcleos ganham uma cabeleira esverdeada que fica mais brilhante à medida que se aproximam do Sol.

Mas, estranhamente, este tom de cor desaparece antes de alcançar a cauda (ou as duas caudas) que fica para trás do cometa.

Os astrónomos, cientistas e químicos há quase um século que querem resolver este mistério. Na década de 1930, o físico Gerhard Herzeberg teorizou que o fenómeno se devia à luz solar que destruía o carbono diatómico (também conhecido como dicarbono ou C2), uma substância química criada a partir da interação entre a luz solar e a matéria orgânica no núcleo do cometa – mas, dado que o dicarbono não é estável, esta teoria tem sido difícil de testar.

Um novo estudo liderado pela Universidade de Nova Gales do Sul em Sydney, Austrália, e publicado a semana passada na revista PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), encontrou finalmente uma forma de testar esta reação química num laboratório – e, ao fazê-lo, provou que esta teoria com 90 anos está correta.

“Provámos o mecanismo pelo qual o dicarbono é quebrado pela luz solar,” diz Timothy Schmidt, professor de química na Universidade de Nova Gales do Sul e autor sénior do estudo.

“Isto explica porque é que a cabeleira esverdeada – a camada difusa de gás e poeira que rodeia o núcleo – encolhe à medida que um cometa se aproxima do Sol, e também porque é que a cauda do cometa não é verde.”

O jogador-chave no centro do mistério, o dicarbono, é altamente reativo e responsável por dar a muitos cometas a sua cor verde. É composto por dois átomos de carbono ligados entre si e só pode ser encontrado em ambientes extremamente energéticos ou com pouco oxigénio, como estrelas, cometas e no meio interestelar.

O dicarbono não existe nos cometas até que estes se aproximam do Sol. À medida que o Sol começa a aquecer o cometa, a matéria orgânica presente no núcleo gelado evapora e passa para a cabeleira. A luz solar decompõe então estas moléculas orgânicas maiores, criando o dicarbono.

A equipa científica mostrou agora que à medida que o cometa se aproxima cada vez mais do Sol, a radiação ultravioleta extrema parte as moléculas de dicarbono que recentemente criou, num processo chamado “fotodissociação”. Este processo destrói o dicarbono antes de se poder afastar para longe do núcleo, tornando a cabeleira verde ainda mais brilhante e encolhendo-a – e também se certificando de que o tom verde nunca chega à cauda.

É a primeira vez que esta interação química foi estudada aqui na Terra.

“Acho incrível que alguém na década de 1930 tenha pensado que era provavelmente isto que estava a acontecer, até ao nível de detalhe do mecanismo de como estava a acontecer e, 90 anos depois, descobrimos que é o que está a ocorrer,” diz Jasmin Borsovszky, autora principal do estudo e ex-aluna da mesma universidade australiana.

“Herzberg foi um físico incrível e ganhou um Prémio Nobel da Química na década de 1970. É bastante emocionante poder provar uma das coisas que teorizou.”

O professor Schmidt, que estuda o dicarbono há 15 anos, diz que os resultados nos ajudam a compreender melhor tanto o dicarbono como os cometas.

“O dicarbono tem origem na quebra de moléculas orgânicas maiores congeladas no núcleo do cometa – o tipo de moléculas que são os ingredientes da vida,” diz.

“Ao compreender a sua vida e destruição, podemos compreender melhor quanta matéria orgânica está a evaporar dos cometas. Descobertas como estas podem um dia ajudar-nos a resolver outros mistérios espaciais.”

Um espetáculo laser como nenhum outro

Para resolver este puzzle, a equipa precisava de recriar o mesmo processo químico galáctico num ambiente controlado na Terra.

Conseguiram isto com a ajuda de uma câmara de vácuo, muitos lasers e uma poderosa reação cósmica.

“Primeiro tivemos que fabricar esta molécula que é demasiado reativa para ser armazenada numa garrafa,” diz o professor Schmidt. “Não é algo que pudéssemos comprar nas lojas.

“Conseguimos isto pegando numa molécula maior, conhecida como percloroetileno ou C2Cl4, e expelindo os seus átomos de cloro (Cl) com um laser UV de alta potência.”

As recém-produzidas moléculas de dicarbono foram enviadas através de um feixe de gás numa câmara de vácuo, que tinha cerca de dois metros de comprimento.

A equipa então apontou outros dois lasers UV para o dicarbono: um para o inundar de radiação, o outro para tornar os seus átomos detetáveis. O impacto da radiação “rasgou” o dicarbono, enviando os seus átomos de carbono contra um detetor de velocidade.

Através da análise da velocidade destes velozes átomos, a equipa conseguiu medir a força da ligação de carbono a cerca de um em cada 20.000 – o que é como medir 200 metros até ao centímetro mais próximo.

Borsovszky diz que, devido à complexidade da experiência, foram necessários nove meses para que pudessem fazer a sua primeira observação.

“Estávamos prestes a desistir,” realça. “Demorou tanto tempo para que tudo estivesse precisamente alinhado no espaço e no tempo.

“Os três lasers eram todos invisíveis, por isso tentámos muitas vezes para acertar no alvo ‘no escuro’.”

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

“É extremamente satisfatório 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 milhares de milhões. Em média, o núcleo de um cometa tem um tamanho de 10 quilómetros – mas a sua cabeleira é frequentemente 1000 vezes maior.

Os cometas brilhantes podem dar espetáculos celestes àqueles que têm a sorte de os ver. Mas, no passado, os cometas podem ter feito mais do que isso pela Terra – de facto, uma das teorias sobre a origem da vida diz que os cometas entregaram os blocos de construção da vida mesmo à nossa porta.

“Esta excitante investigação mostra-nos quão complexos são os processos no espaço interestelar,” diz o professor Martin van Kranendonk, astrobiólogo e geólogo da Universidade de Novas Gales do Sul, que não esteve envolvido no estudo.

“A Terra primitiva teria tido uma confusão de diferentes moléculas portadoras de carbono entregues à sua superfície, permitindo que reações ainda mais complexas ocorressem no período que antecede a vida.”

Agora que o caso do tom esverdeado que desaparece nos cometas está resolvido, o professor Schmidt, especialista em química espacial, quer continuar a resolver outros mistérios espaciais.

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

“As bandas interestelares difusas são um grande mistério não resolvido,” diz. “Não sabemos por que razão a luz que chega à Terra tem ‘mordidelas’ frequentes.

“Este é apenas mais um mistério no enorme inventário de coisas bizarras no espaço que ainda temos que resolver.”

// Universidade de Nova Gales do Sul (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (PNAS)

Saiba mais:

Cometas:
Wikipedia

Formação e evolução do Sistema Solar:
Wikipedia

Dicarbono (ou carbono diatómico):
Wikipedia

Fotodissociação:
Wikipedia