Cometas Interestelares: Quando o Universo Envia os seus Mensageiros

Cometas Interestelares: Mil Milhões de Anos de Errância para uma Única Passagem

Corpos errantes ejetados do seu sistema de origem

Os cometas interestelares são corpos celestes errantes, nômades galácticos que não orbitam nenhuma estrela. Ejetadas do seu sistema de origem durante a formação dos planetas, derivam livremente pelo espaço interestelar, sujeitas apenas à gravidade coletiva da Via Láctea. Ao contrário dos cometas ditos "locais", que se deslocam em órbitas elípticas fechadas em torno do Sol, seguem trajetórias hiperbólicas (curva aberta cuja excentricidade é estritamente superior a 1, não permitindo uma órbita fechada em torno do Sol) (excentricidade superior a 1).

Trajetórias hiperbólicas sem regresso

Estes objetos cruzam a nossa vizinhança estelar apenas uma vez, por puro acaso de trajetória, sem nunca serem captados pela gravidade solar, antes de partirem para as profundezas da Galáxia durante mais algumas centenas de milhões de anos.

N.B.:
Durante o nascimento de um sistema estelar, as perturbações gravitacionais dos planetas em formação ejetam milhares de milhões de pequenos corpos para o espaço interestelar. O nosso próprio Sol libertou uma quantidade considerável de tais detritos. Estes detritos vagam hoje pela Galáxia transportando a impressão química do seu sistema de origem (minerais, gelos, moléculas orgânicas) como tantas "mensagens numa garrafa" no oceano cósmico.

A descoberta de 'Oumuamua: uma estreia histórica

Uma deteção fortuita pelo Pan-STARRS1

Em 19 de outubro de 2017, o astrónomo Robert Weryk (nascido em 1982), que trabalhava com o telescópio Pan-STARRS1 no Havai, detetou um objeto que se deslocava a uma velocidade invulgar, muito superior à que a simples gravidade solar pode explicar. Este objeto recebeu a designação 1I/'Oumuamua (primeiro objeto interestelar confirmado, cujo nome havaiano significa aproximadamente 'mensageiro vindo de longe em primeiro'), um termo havaiano que significa aproximadamente "batedor vindo de longe". Tratava-se do primeiro objeto interestelar confirmado alguma vez detetado no nosso sistema solar.

O objeto foi detetado quando já se afastava rapidamente do Sol, após o seu periélio. Os astrónomos tiveram apenas algumas semanas para o observar antes de se tornar demasiado fraco. As tentativas de espetroscopia, que teriam permitido identificar moléculas à superfície ou em desgaseificação, foram em grande parte infrutíferas, por falta de sinal suficiente.

Uma aceleração não gravitacional inexplicada

O seu comportamento desconcertante suscitou de imediato uma intensa controvérsia científica. A sua forma parecia muito alongada e apresentava uma variação periódica de luminosidade que sugeria uma rotação tumultuosa. Mais surpreendente ainda, a sua aceleração não correspondia inteiramente às previsões gravitacionais: um excesso de impulso, não gravitacional, foi medido.

Borisov: a primeira confirmação de um cometa interestelar

Uma descoberta amadora a partir da Crimeia

Em 30 de agosto de 2019, o astrónomo amador ucraniano Gennady Borisov (nascido em 1966) descobriu, a partir do seu observatório na Crimeia, um objeto de aspeto claramente cometário. Rapidamente foi calculada a sua órbita hiperbólica: a sua excentricidade de 3,356 não deixava qualquer dúvida sobre a sua origem interestelar. O cometa recebeu a designação oficial 2I/Borisov, segundo objeto interestelar confirmado e primeiro a exibir sem ambiguidade uma atividade cometária clássica.

Uma composição química reveladora

Ao contrário de 'Oumuamua, 2I/Borisov revelou-se muito mais familiar. Análises espetroscópicas realizadas a partir do solo e do espaço revelaram a presença de monóxido de carbono (CO), água (H₂O) e cianeto (CN), compostos comumente encontrados nos cometas do nosso próprio sistema solar. Trabalhos publicados na revista Nature Astronomy pelas equipas de Piotr Guzik e de Bin Yang em 2020 mostraram que este cometa apresentava uma proporção de CO particularmente elevada, muito acima da média dos cometas solares, sugerindo uma formação num ambiente frio, a grande distância da sua estrela de origem.

Pela primeira vez, a humanidade pôde analisar diretamente a composição química de um corpo celeste formado noutro sistema estelar, trazendo assim restrições observationais sobre os processos de formação planetária à escala galáctica.

Vários critérios permitem identificar um objeto interestelar

Os quatro critérios orbitais e dinâmicos

A identificação de um objeto interestelar baseia-se em vários critérios físicos e orbitais complementares.

• Uma excentricidade orbital superior a 1: a órbita é aberta, hiperbólica, e o objeto não pode estar ligado gravitacionalmente ao Sol.
• A velocidade residual após a passagem: um objeto ligado ao Sol abranda progressivamente à medida que se afasta, até parar e dar meia-volta. Um objeto interestelar, por sua vez, conserva uma velocidade positiva mesmo a grande distância: nunca pára. Para 'Oumuamua, esta velocidade residual era de cerca de 26 km/s, e para 2I/Borisov de cerca de 32 km/s.
• Uma energia orbital positiva (\(\varepsilon >0\)): esta energia mede o equilíbrio entre o que o objeto possui (a sua energia cinética \(\frac{v^2}{2}\)) e o que o Sol lhe "custa" para escapar (a sua energia potencial \(\frac{GM_\odot}{r}\)). Se o balanço for negativo, o objeto é prisioneiro do Sol. Se for positivo, o objeto é livre: é o caso de todo o cometa interestelar.
• Uma direção de origem coerente: ao reconstituir a trajetória, o ponto radiante do objeto deve apontar para o espaço interestelar, sem ligação com os reservatórios conhecidos de cometas do sistema solar, como a nuvem de Oort ou o cinturão de Kuiper.

Quadro recapitulativo dos objetos confirmados

O quadro seguinte recapitula os dois objetos interestelares confirmados até hoje, com as suas principais características orbitais e físicas.

O que os cometas interestelares nos ensinam sobre a Galáxia

Amostras naturais de matéria extrasolar

Para além da curiosidade científica, os cometas interestelares são amostras naturais de matéria extrasolar. A sua composição química reflete as condições físicas e químicas que reinavam no disco protoplanetário da sua estrela de origem: temperaturas, rácios isotópicos, abundâncias moleculares. Cada objeto interestelar é, de certa forma, a impressão química de um ambiente estelar desconhecido.

Panspermia e trocas químicas galácticas

A ideia de que materiais químicos circulam de um sistema estelar para outro através de tais objetos está intimamente ligada ao conceito de panspermia (hipótese segundo a qual microrganismos ou os seus precursores químicos poderiam ser transportados entre sistemas estelares por meteoritos, cometas ou outros corpos celestes). Se moléculas orgânicas complexas, ou mesmo compostos pré-bióticos, conseguirem resistir à viagem interestelar, a possibilidade de uma troca química entre sistemas estelares não pode ser excluída.

Mais fundamentalmente, a deteção e o estudo destes objetos confirmam que o nosso sistema solar não está isolado na Galáxia. Ele banha-se num fluxo contínuo de matéria vinda de outros lugares, uma troca permanente de detritos planetários que tece, à escala de milhares de milhões de anos, uma espécie de tecido químico comum entre os sistemas estelares da Via Láctea.