Cometa interestelar revela água antiga e extrema na Via Láctea

Um cometa vindo de fora do Sistema Solar revela uma água muito mais pesada que a terrestre e expõe pistas de como a Via Láctea se formava há bilhões de anos. Liderada pelo brasileiro Luis Eduardo Salazar Manzano, da Universidade de Michigan, a equipe publica nesta terça-feira (23) na revista Nature Astronomy a análise inédita do cometa 3I/ATLAS. As medições indicam que o objeto nasceu em um ambiente extremante frio e antigo da galáxia, possivelmente com até 11 bilhões de anos.

Uma cápsula do tempo cruzando o Sistema Solar

O 3I/ATLAS surge nos telescópios em julho do ano passado, quando astrônomos percebem que sua trajetória não combina com nada conhecido no Sistema Solar. Ele se move rápido demais, em um ângulo estranho, e logo recebe a classificação de terceiro objeto interestelar já observado perto do Sol, depois de ‘Oumuamua e do cometa Borisov. Em dezembro, poucos meses depois da aproximação máxima, o corpo gelado já se afasta de vez, em rota de saída para o espaço interestelar.

Entre a chegada e a despedida, um intervalo de poucos meses, cientistas correm contra o tempo. Em novembro, dias após o cometa passar a cerca de 203 milhões de quilômetros do Sol, eles apontam para ele o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), conjunto de 66 antenas instalado a 5 mil metros de altitude no deserto do Atacama, no Chile. O calor da aproximação solar faz o gelo da superfície sublimar, passar direto do estado sólido para o gasoso, e libera moléculas que o radiotelescópio consegue captar.

A equipe quer medir a composição química desse gás e, em especial, a presença de deutério, uma versão mais pesada do hidrogênio. Na água comum, cada átomo de hidrogênio tem apenas um próton, partícula subatômica de carga positiva. No deutério, há também um nêutron, sem carga, que torna a molécula de água, chamada então de água deuterada ou HDO, ligeiramente mais pesada. É esse pequeno acréscimo de massa que guarda informações sobre o passado.

O ALMA registra algo que ninguém tinha visto antes em um objeto interestelar. “Nossas observações com o ALMA indicam que a abundância de deutério na água do cometa 3I/ATLAS é mais de 40 vezes maior que o valor encontrado nos oceanos da Terra e mais de 30 vezes maior que o valor encontrado em cometas do Sistema Solar”, escreve Salazar Manzano, por e-mail. O radiotelescópio não detecta água comum, mas revela água deuterada em quantidade inesperada.

Para a equipe, isso não significa que falte água normal ao cometa, e sim que sua concentração fica abaixo do limite de sensibilidade do instrumento. A surpresa está na outra ponta: a água pesada aparece com clareza. “Tivemos uma grande surpresa quando percebemos que havíamos detectado água deuterada, apesar de não termos detectado água comum, o que nos indicou imediatamente que 3I/ATLAS era um objeto verdadeiramente incomum”, afirma o pesquisador.

Retrato de uma galáxia jovem e gelada

O deutério funciona como uma espécie de impressão digital do lugar e da temperatura em que a água se forma. Em ambientes mais quentes, reações químicas tendem a destruir ou diluir esse isótopo pesado. Em regiões muito frias, o enriquecimento em deutério permanece preservado no gelo. “O enriquecimento em deutério geralmente ocorre quando a água se forma em nuvens moleculares frias no espaço interestelar, o que geralmente acontece na mesma época em que os sistemas solares ao redor de outras estrelas se formam”, explica Salazar Manzano.

As medições indicam que o cometa se forma em um local com temperaturas abaixo de 30 Kelvin, o equivalente a cerca de -243 graus Celsius. Essa faixa térmica é mais baixa do que se estima para a região onde o Sistema Solar nasceu há 4,5 bilhões de anos. O resultado reforça a hipótese de que o 3I/ATLAS surge nas áreas mais externas de um disco protoplanetário, o anel de gás e poeira ao redor de uma estrela jovem, onde também se formam planetas e outros corpos gelados.

Estudos anteriores já sugeriam que o cometa poderia ter até 11 bilhões de anos, bem mais velho que o Sol. A água hoje aprisionada em seu interior provavelmente se forma antes mesmo da estrela hospedeira. Só depois, a partir do disco giratório ao redor dessa estrela, o cometa nasce como corpo sólido e é lançado para órbitas mais distantes. A alta presença de dióxido de carbono observada em campanhas anteriores também aponta para uma origem nas bordas frias desse disco, onde o gelo permanece estável por bilhões de anos.

O astrônomo planetário Theodore Kareta, professor assistente de astrofísica e ciência planetária na Universidade Villanova, nos Estados Unidos, acompanha o 3I/ATLAS, mas não participa do novo estudo. Para ele, a descoberta transforma o cometa em um retrato raro da própria galáxia. “Os objetos interestelares são cápsulas do tempo que trazem material dos ambientes onde outros sistemas planetários se formaram, e nossas medições finalmente nos permitem abrir essas cápsulas do tempo e observar as condições físicas onde esses objetos se originaram”, resume a equipe liderada por Salazar Manzano.

Kareta compara o deutério às digitais de uma cena antiga do crime cósmico. “À medida que nossa galáxia envelheceu, os tipos de cometas que ela formou ao longo do tempo mudaram, e isso significa que os tipos de planetas que ela pode formar também mudaram”, escreve. Entender o 3I/ATLAS, afirma, é olhar para a Via Láctea quando ela ainda era pobre em metais, mais de 10 bilhões de anos atrás, e ver que tipo de mundos poderia nascer naquele cenário.

Novos olhos para caçar visitantes interestelares

A análise do 3I/ATLAS chega em um momento em que a astronomia começa a se preparar para encontrar muitos outros visitantes de fora. O Observatório Vera C. Rubin, também no Chile, divulga suas primeiras imagens em junho e deve iniciar levantamentos de céu profundo nos próximos anos. A expectativa é que detecte objetos interestelares com muito mais frequência do que hoje, quando apenas três foram identificados em menos de uma década.

Com um volume maior de alvos, equipes como a de Salazar Manzano poderão testar se o 3I/ATLAS é uma exceção ou parte de uma população inteira de cometas enriquecidos em água pesada. Uma série de achados semelhantes obrigaria a revisar teorias sobre a formação de cometas, a distribuição de água e moléculas orgânicas pela galáxia e até os cenários de origem de oceanos e ingredientes da vida em sistemas planetários distantes.

Os resultados também reforçam o papel de radiotelescópios como o ALMA na fronteira da pesquisa espacial. Diferentemente de observatórios ópticos, mais vulneráveis ao brilho e ao calor do Sol, o conjunto chileno trabalha com ondas de rádio de baixa energia e consegue observar objetos em ângulos mais próximos da nossa estrela. Essa capacidade se mostra decisiva em novembro, quando o cometa passa pelo periélio, o ponto de maior proximidade com o Sol, e a janela de observação se estreita.

A ciência brasileira ganha visibilidade com o protagonismo de um jovem pesquisador na liderança de uma colaboração internacional de alto impacto. O trabalho coloca o país em uma conversa direta com algumas das principais instituições de astronomia do mundo e reforça a importância de parcerias em grandes observatórios. Em um campo onde as oportunidades dependem de horas disputadas de telescópio, redes globais de pesquisa fazem diferença.

A história do 3I/ATLAS, no entanto, está longe de acabar. Mesmo distante e praticamente invisível, o cometa continua carregando as respostas que os telescópios ainda não conseguem ler. A próxima geração de instrumentos, em solo e no espaço, terá a missão de decifrar se esse visitante solitário é apenas um ponto fora da curva ou a primeira pista de que o gelo mais antigo da Via Láctea é bem diferente do que imaginávamos.