Como, a partir do gás incandescente que envolve uma estrela jovem, emergem os primeiros materiais sólidos que dão origem aos planetas? Essa transição, do gás para o sólido, chamada de "condensação", constitui uma das grandes questões ainda em aberto sobre a formação do Sistema Solar. Ela ocorreu há 4,5 bilhões de anos.
Um estudo publicado na revista Nature por uma equipe internacional liderada pelo Instituto de Física do Globo de Paris (Institut de Physique du Globe de Paris/CNRS/Université Paris Cité), em colaboração com o Instituto de Mineralogia, Física dos Materiais e Cosmogênese (IMPMC) (CNRS/MNHN/Sorbonne Université), o Institute of Geochemistry and Petrology (IGP) (ETH Zurique) e o Centro de Pesquisas Petrográficas e Geoquímicas (CRPG) (CNRS/Université de Lorraine), propõe hoje um novo olhar sobre esse momento fundador.
Imagem da protoestrela L1527, observada pelo JWST. Um disco protoplanetário está se formando.
@ Nasa Um resfriamento súbito e extremo, motor da diversidade dos materiais...
Há décadas, os modelos descrevem a formação dos primeiros minerais como um processo de condensação lento, governado pelo equilíbrio químico: ao resfriar-se lentamente, o gás da nebulosa solar teria dado origem a conjuntos minerais bem ordenados. Mas essa visão tem dificuldade em explicar a diversidade dos meteoritos, esses fragmentos antigos que testemunham as primeiras etapas da formação planetária.
Os pesquisadores exploraram outra hipótese. Com a ajuda de um novo modelo que descreve a condensação do gás solar fora do equilíbrio, eles mostram que, em um ambiente onde o aquecimento é forte e o resfriamento é rápido, a matéria não tem tempo de seguir as leis do equilíbrio termodinâmico. Ela se solidifica em estados transitórios... assim, minerais que não deveriam aparecer em equilíbrio emergem naturalmente fora do equilíbrio.
Esse quadro permite fazer emergir apenas três grandes tipos de conjuntos mineralógicos, em concordância com as três grandes famílias de meteoritos conhecidas no Sistema Solar. A diversidade dos materiais planetários não resultaria, portanto, necessariamente de variações de composição em grande escala na nebulosa solar, mas poderia ser explicada, em grande parte, por condições locais de formação — em particular pela rapidez dos episódios de resfriamento, o que testemunha sua formação em uma nebulosa solar agitada por movimentos violentos e episódios de aquecimento intensos nos primeiros cem mil anos.
... E da incorporação precoce do oxigênio nos primeiros sólidos
Esses resultados também trazem um novo olhar sobre outra questão importante: a origem do oxigênio e da água nos planetas terrestres. Nos modelos clássicos, a formação de minerais oxidados ou hidratados a partir de um gás de composição solar permanece difícil de explicar sem recorrer a contribuições externas.
Aqui, ao contrário, os pesquisadores mostram que, durante um resfriamento rápido, certos elementos permanecem disponíveis em baixas temperaturas e podem ser incorporados aos sólidos em formação. Esse mecanismo oferece assim um caminho natural para integrar oxigênio — e potencialmente água — desde as primeiras etapas da formação dos materiais planetários.
As três classes de condritos: os condritos de enstatita, os condritos ordinários e os condritos carbonáceos: eles apresentam pequenas diferenças nas concentrações dos elementos não voláteis mais abundantes em torno da composição solar (Si, Mg, Al, Ca e Fe)
@ IPGP A imagem que se desenha é a de uma jovem nebulosa solar longe de ser calma. Em vez de um ambiente homogêneo que evolui lentamente, ela aparece como um meio dinâmico, pontuado por episódios de aquecimento intenso e resfriamentos rápidos. As observações recentes de discos protoplanetários, especialmente graças ao James Webb Space Telescope, revelam, aliás, que esses fenômenos são frequentes em sistemas estelares em formação, corroborando assim essa nova interpretação.
Ao reproduzir ao mesmo tempo a diversidade mineralógica e os estados de oxidação dos meteoritos a partir de um gás inicial único, este trabalho propõe uma importante mudança de perspectiva. Ele sugere que a composição dos planetas não depende apenas de sua posição no disco protoplanetário, mas também das condições físicas e dinâmicas — em particular dos ritmos de aquecimento e resfriamento — que presidiram a formação de seus primeiros constituintes.
Liderado por equipes do IPGP e de seus parceiros, com o apoio do CNRS, este estudo abre assim um novo caminho para compreender as primeiras etapas da história do Sistema Solar e, de forma mais ampla, as da formação dos sistemas planetários.
Fonte: IPGP