Uma equipa internacional, incluindo o Southwest Research Institute, mostrou como moléculas orgânicas complexas (COMs), consideradas precursores químicos essenciais para a vida, podem ter-se tornado parte das quatro maiores luas de Júpiter à medida que se formavam. Os resultados são exibidos nos artigos complementares publicados Jornal de Ciência Planetária E Boletim Mensal da Royal Astronomical Society. Juntos, os estudos lançam uma nova luz sobre como os elementos da vida podem ter chegado ao sistema jupiteriano.
COMs são moléculas baseadas em carbono que também contêm elementos como oxigênio e nitrogênio, que são essenciais para os sistemas vivos. Estudos laboratoriais demonstraram que estes compostos podem formar-se quando pó de gelo contendo metanol ou uma mistura de dióxido de carbono e amoníaco é exposto à luz ultravioleta ou a um aquecimento moderado. Tais condições são comuns em discos protoplanetários, nuvens rodopiantes de gás e poeira que rodeiam estrelas jovens e eventualmente dão origem a planetas.
Modelagem química no início do sistema solar
Para explorar como estas moléculas se formam e viajam, os investigadores combinaram modelos de evolução do disco com simulações que rastreiam os movimentos das partículas de gelo. Este método permitiu calcular os níveis de radiação e as temperaturas que esses grãos experimentariam.
“Ao combinar a evolução do disco com modelos de transporte de partículas, podemos quantificar com precisão as condições radiativas e térmicas experimentadas pelos grãos de gelo”, disse o Dr. Olivier Musis do Departamento de Ciência e Exploração do Sistema Solar do SwRI, principal autor de um dos dois estudos. “Comparamos então diretamente as nossas simulações com outras experiências de laboratório que produzem COMs sob condições astrofísicas realistas. Os resultados mostram que a formação de COMs é possível tanto no ambiente nebular protosolar como no disco circunplanetário de Júpiter.”
A equipe incluiu cientistas do SwRI, da Universidade Aix-Marseille (França) e do Instituto de Estudos Avançados (Irlanda). Eles criaram simulações detalhadas da nebulosa protosolar, a nuvem que formou o sol e os planetas, e do disco circunstelar de Júpiter, a estrutura de gás e poeira que envolveu o jovem gigante gasoso e eventualmente formou suas luas. Ao adicionar um componente de transporte de grãos, os pesquisadores podem traçar a jornada das partículas de gelo e reconstruir a história física e química do material que formou Europa, Ganimedes, Calisto e Io.
Distribuição dos elementos da vida na Europa e além
As simulações indicam que uma fração significativa dos grãos de gelo provavelmente formou COMs e os transportou para regiões onde as luas de Júpiter se fundiram. Sob certas condições, cerca de metade das partículas do modelo transportam moléculas orgânicas recém-formadas da nebulosa protosolar maior para o disco circunplanetário de Júpiter, onde são incorporadas na lua crescente com poucas alterações químicas.
Os resultados também sugerem que alguns COMs podem se formar perto de Júpiter. Partes do disco circunplanetário de Júpiter parecem ter atingido temperaturas suficientemente altas para conduzir as reações químicas necessárias para formar estas moléculas complexas. Isto significa que as luas galileanas podem ter herdado material orgânico de duas fontes: a nebulosa solar em expansão e a atividade química local dentro do próprio disco de Júpiter há milhares de milhões de anos.
A lua do oceano e o potencial para a vida
Acredita-se que Europa, Ganimedes e Calisto abriguem oceanos subterrâneos sob suas crostas geladas. A água líquida combinada com fontes internas de energia tornam estas luas alvos atraentes na busca por vida. Se os COMs estiverem incorporados nos seus blocos de construção desde o início, estes mundos podem conter os componentes moleculares necessários para a química pré-biótica, incluindo a formação de aminoácidos e nucleótidos.
“As nossas descobertas sugerem que as luas de Júpiter não se formaram como mundos quimicamente primitivos”, disse Mousis. “Em vez disso, eles podem reunir ou acumular um inventário significativo de COMs no nascimento, fornecendo uma base química que pode mais tarde interagir com a sua água líquida interna.”
A missão Europa Clipper da NASA e a sonda JUICE da Agência Espacial Europeia estão atualmente a caminho do sistema jupiteriano para investigar a formação, composição e habitabilidade destas luas.
“Estabelecer caminhos plausíveis para a formação e distribuição de COMs fornece aos cientistas uma estrutura crítica para interpretar as próximas medições da química da superfície e do subsolo de Júpiter”, disse Mussis. “Ao combinar química de laboratório, física de disco e modelos de transporte de partículas, o nosso trabalho pode destacar como as condições habitáveis estão enraizadas nas fases iniciais da formação planetária.”
