A Vida e a Morte do Sistema Solar: A Gênese da Poeira Estelar

Como é que tudo começou?

À medida que a humanidade avançou para o espaço, aprendemos muito mais a respeito do ciclo de vida do sistema solar.

De uma nuvem de gás em colapso em uma estrela totalmente nova para um disco de acreção com planetas aspirando detritos para medir quanto gás o Sol permaneceu no reservatório e determinar que temos cerca de outros 4,5 bilhões de anos restantes nesta coisa.

Depois disso, o Sol sem dúvida começará a exaurir seu combustível, e nosso sistema solar entrará em sua extensa e letal diminuição e morte final.

Estamos nos referindo a uma escala de tempo cosmológica que, para nós, é incomensuravelmente longa em termos precisos, então nenhum de nós estará por perto para ver qualquer uma dessas sequelas ocorrer.

O que aconteceria se pudéssemos ter uma visão panorâmica da galáxia infinita de nossa pequena parcela da galáxia do início ao fim? Como seria esse ciclo de vida? Vamos aprender!

Nascimento do Sol

Portanto, não pode haver um sistema solar sem pelo menos uma estrela no centro, e o nosso começou há cerca de 4,6 bilhões de anos como uma nuvem de poeira e gás hidrogênio extremamente massiva e densamente recheada, chamada nuvem molecular.

Uma nuvem molecular pode conter os restos de uma estrela muito mais velha que consumiu através de seu gás e expeliu metais pesados, gases e várias outras unidades elementares de um sistema solar em uma supernova fantástica ou como um derramamento mais pequeno de material.

Pode ter sido outra supernova próxima que fez com que esta nuvem desabasse após uma onda de choque viajar, ou a nuvem pode ter entrado em colapso com seu próprio peso – no entanto, em ambos os casos, o produto achatado se formou em uma nebulosa solar em turbilhão .

A gravidade atraiu um número crescente de materiais para o centro da nebulosa, onde o gás se condensou sob tremenda pressão. Este foi o primeiro ponto crucial no ciclo de vida do sistema solar em que as circunstâncias poderiam ter mudado.

Sem massa suficiente para produzir a enorme pressão interna necessária para confundir os núcleos de 2 átomos de hidrogênio uns com os outros para fazer hélio – um procedimento chamado fusão nuclear – os pontos poderiam ter evoluído de maneira muito diferente.

Quando não há massa suficiente para causar a fusão nuclear, você acaba com um corpo chamado de anã marrom, ou estrela falida. É algo semelhante a um Júpiter, um titã gasoso massivo flutuando livremente no espaço sem uma estrela hospedeira e reações nucleares internas inadequadas para criar energia, luz, calor e todas as várias outras coisas fantásticas que associamos às estrelas.

Felizmente, nosso Sol tinha produto suficiente para garantir que sua fusão interna ocorresse e, também, certamente continuaria a acumular cerca de 99% da matéria obtida na nebulosa molecular.

Disco de acreção e formação planetária no sistema solar interno

De acordo com a teoria de acreção de disco, quase imediatamente, o que restava começou a criar um disco de material ao redor do Sol, estendendo-se até o cinturão de Kuiper.

Ao longo desse disco, os materiais esfregaram uns contra os outros e em algum ponto começaram a se acumular em corpos maiores com alguns quilômetros de largura, conhecidos como planetesimais, nos primeiros 100 milhões de anos após o nascimento do Sol.

Mais perto do Sol, estava quente o suficiente para que certos elementos e compostos referidos como voláteis, como água, gelo e amônia, não pudessem existir na forma líquida, muito menos sólida, e assim continuassem em um estado gasoso no acúmulo disco.

Ao mesmo tempo, o Sol começou a gerar um fluxo constante de partículas de sua fornalha nuclear e soprá-las de todas as maneiras, algo que chamamos de ventos solares.

Estes, subsequentemente, empurraram os voláteis aeriformes mais leves em direção à parte externa do disco. Deixando apenas o material mais denso e rochoso, como metais e silicatos, na parte interna do sistema solar (embora uma pequena parte dos elementos mais leves estivesse se agregando aos planetesimais em expansão).

Como esses planetesimais de tamanho menor no disco interno agregaram muito mais material e também cresceram para centenas de quilômetros de largura, eles se tornaram grandes o suficiente para que sua atração gravitacional distribuísse sua massa em uma forma muito mais esférica.

Eles também começaram a interferir na atividade de vários outros planetesimais próximos, o que causou um aumento nos acidentes. Com o tempo, alguns desses planetesimais cresceram o suficiente para serem atualizados em protoplanetas.

Sendo maiores do que os materiais circundantes, esses protoplanetas exerceram uma atração gravitacional muito maior e prontamente passaram a controlar qualquer outro produto em seu caminho orbital. Isso permitiu que esses protoplanetas agregassem planetesimais de tamanho menor dentro de si mesmos rapidamente, o que provocou seu aumento de dimensão em um breve período.

Logo, a força de sua gravidade começou a distinguir as camadas dos planetas à medida que elementos mais pesados ​​como ferro e níquel eram atraídos para o interior. Em comparação, elementos mais leves como oxigênio, silício e magnésio criaram uma camada chamada manto. A borda externa dos protoplanetas tornou-se uma crosta rochosa que fervilhava de atividade vulcânica.

Em pelo menos uma situação, a da Terra e de Theia, teoriza-se que esses protoplanetas começaram a se agarrar e interromper suas órbitas: cerca de 4,5 bilhões de anos antes, quando a Terra ainda era um ermo rochoso derretido controlado por vulcões, Supõe-se que um protoplaneta, Theia, entre o tamanho de Marte e da Terra atingiu a Terra, libertando uma grande quantidade de produto de seu manto e do da Terra, enviando-o para a órbita ao redor da Terra.

Alguns astrofísicos pensam que Theia atingiu a Terra em um ângulo íngreme e não de relance, afundando seu próprio núcleo de ferro no da Terra, onde ambos se combinaram para se tornar um núcleo solitário de ferro. De acordo com essa teoria, os mantos principalmente de silicato de ambos os protoplanetas também se misturaram e se transformaram em um.

Enquanto isso, o material ejetado de silicato primário da colisão formou um disco de material ao redor da Terra e, assim como o disco de acreção protoplanetário do Sol, o produto no disco começou a se aglutinar em pedaços cada vez maiores que em algum ponto comporiam a Lua.

Acredita-se que Vênus também tenha sofrido acidentes semelhantes. No entanto, como um dos apenas dois planetas em nosso sistema solar que não tem lua própria, ainda há muito debate sobre isso, considerando que se pensa que tal acidente certamente produziria uma lua comparável à nossa .

O modelo de acreção de disco tem alguns problemas, que outros modelos, como o modelo de instabilidade de disco e o modelo de acreção de seixo, se esforçam para resolver. No entanto, o acréscimo de disco continua a ser, no mínimo, entretanto, como o modelo principal.

Formação planetária no sistema solar externo

Por outro lado, no sistema solar externo, cada um desses voláteis que estavam sendo soprados para fora do sistema solar interno pelos ventos solares estava passando o que é conhecido como “linha de gelo”, uma fronteira fictícia longe o suficiente do Sun que esses voláteis podem se condensar em líquido e gelo.

Este pedaço de material gelado se combina com outros pedaços de material gelado para formar corpos maiores do tamanho de asteróides, mas menores do que os planetesimais. Existem teorias sobre esses corpos gelados crescendo o suficiente para formar o núcleo de gigantes gasosos como Júpiter. No entanto, é mais provável que o núcleo dos gigantes gasosos seja construído a partir de uma sopa borrada de ferro e produto de silicato que se misturam em um oceano de hidrogênio e hélio líquido.

Entendemos que assim que o sistema solar começou a se integrar, o planeta inicial fora do despejo foi Júpiter. Como o maior planeta do sistema solar, ele é principalmente feito do mesmo material que o Sol, sugando gases pré-históricos em seus primeiros dias, enquanto o Sol estava começando a se inflamar em uma estrela.

Júpiter tem cerca de duas vezes a massa de todos os outros planetas do sistema solar combinados e é grande o suficiente para desenvolver um baricentro entre ele e o Sol, ou seja, um centro de gravidade em torno do qual os dois corpos orbitam, ou um centro de massa.

Se as coisas tivessem acontecido de maneiras um pouco diferentes e Júpiter tivesse massa suficiente para iniciar a fusão nuclear de seu hidrogênio, poderia ter se tornado uma estrela por si só, e o nosso teria sido um sistema solar de estrela binária em vez de um uma estrela única.

Isso não ocorreu, porém, e o hidrogênio de Júpiter só pode se condensar em um estado líquido nas profundezas do interior de Júpiter. Acredita-se que o hidrogênio liquefeito em torno do núcleo de Júpiter seja o maior “oceano” do sistema solar.

A pressão que mantém o hidrogênio de Júpiter na forma líquida pode, adicionalmente, estar removendo elétrons de seus átomos de hidrogênio, um recurso potencial do enorme campo magnético de Júpiter.

À medida que a massa aumenta, o mesmo ocorre com o impacto da gravidade; então, como Júpiter absorveu gás e material do disco de acreção protoplanetário, há motivos para pensar que sua órbita poderia ter sido atraída melhor para o sol.

Se isso tivesse acontecido por tempo suficiente, Júpiter poderia ter se movido para o sistema solar interno e se tornado um suposto Júpiter Quente. Geralmente, Júpiter não termina com este destino devido ao tratamento de Saturno, que se formou perto de Júpiter bem a tempo de colocá-lo em uma atração limitante e impedi-lo de se mover para dentro e devastar qualquer formação protoplanetária que estava começando a ocorrer no parte interna do sistema solar.

Esse efeito restritivo forçou Júpiter a se estabelecer essencialmente em sua órbita atual e deixou o sistema solar interno entregue a suas próprias ferramentas. No entanto, a atração gravitacional de Júpiter ainda é enorme e tem dezenas de luas validadas orbitando ao seu redor. Embora alguns deles possam ser o trabalho de acréscimo, muitos são o resultado da captura gravitacional.

Muito pouco se sabe sobre o desenvolvimento dos últimos três planetas do sistema solar, Saturno, Urano e Netuno, mas há muitos pontos que podemos afirmar sobre eles.

Em relação a uma das características mais proeminentes do nosso sistema solar, os anéis de Saturno são em grande parte os restos de corpos gelados dilacerados pelas forças de maré do planeta.

Acredita-se que sejam os restos de cometas que também chegaram perto da gravidade de Saturno e foram fragmentados. Portanto, os restos de luas destruídas capturados na atração gravitacional de Saturno e vários outros produtos e sujeira foram soprados para fora do sistema solar interno que Júpiter não apreendeu.

Saturno é significativamente feito do mesmo produto que Júpiter é – hidrogênio e hélio – além disso, uma avaliação recente de seu sistema de anéis expôs uma ondulação em seu chamado anel D que os cientistas puderam usar como uma forma de sismógrafo para o planeta em sua totalidade, revelando um núcleo feito de hidrogênio líquido e hélio, incluindo pedaços de material sólido como ferro e silicatos.

É mais provável, então, que os outros gigantes gasosos tenham uma composição interna comparável.

Embora não sejam tão espetaculares, todos os gigantes gasosos têm anéis, embora os de Júpiter, Urano e Netuno também estejam desbotados.

O Cinturão de Kuiper está além de Netuno, os últimos remanescentes do disco de acreção que formou o sistema solar. Consistindo de corpos tão grandes quanto o planeta anão Plutão, o Cinturão de Kuiper é virtualmente uma repetição em câmera lenta do desenvolvimento inicial dos planetas terrestres no interior do sistema solar.

Quando a New Horizons passou pelo objeto Arrokoth do Cinturão Kuiper no dia de Ano Novo de 2019, ela exibiu fotos de dois enormes corpos semisféricos que se fundiram com o tempo, provavelmente após uma queda em algum ponto no passado não muito distante.

Isso forneceu prova para nossas teorias a respeito da formação inicial dos planetas terrestres, mas mais estudos precisam ser feitos antes que possamos dizer isso definitivamente.

Recapitulação do dia atual

Isso nos leva aproximadamente aos dias atuais, onde tudo orbita da maneira que “deve” e a vida floresceu em pelo menos um planeta. Além disso, pode haver a possibilidade de vida em algumas luas orbitando Júpiter e Saturno – mas ainda levará muito tempo até que estejamos em uma posição para verificar ou descartar isso.

O Sol está em seu estágio principal de evolução em série, onde continuará por alguns bilhões de anos à frente. Normalmente, os oito planetas de nosso sistema solar se livraram das proverbiais calhas de suas órbitas, tão pouco mais resta além de um cinturão razoavelmente pequeno de asteróides entre Marte e Júpiter.

Nos limites mais distantes do cinturão de Kuiper, onde materiais como Arrokoth (anteriormente apelidado de “Ultima Thule”) continuam a desacelerar o procedimento de formação planetesimal, Plutão e outros planetas anões como Eris, Haumea e Makemake continuam seu reinado sobre o mais remoto trecho do sistema solar conhecido.

Além disso, em algum lugar nas regiões transnetunianas do sistema solar, o místico Planeta Nove, com cerca de dez vezes a massa da Terra comprimida em cerca de quatro vezes sua dimensão, poderia estar rondando, perturbando as trajetórias dos objetos do cinturão de Kuiper e tornando-se existência sentida. No entanto, ele nunca foi visto e sua presença ainda é ferozmente debatida.

É mais ou menos onde estamos. No entanto, é simplesmente o início do que esperamos que aconteça nos próximos 5 a 8 bilhões de anos e mais.

Originalmente publicado em Interistingengineering.com

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