Um estudante de doutorado em Sydney criou poeira cósmica do zero, recriando um pequeno pedaço do universo em uma garrafa de laboratório. A experiência fornece novas pistas sobre como alguns dos elementos químicos associados à vida podem ter evoluído antes da formação da Terra.
Linda Losurdo, doutoranda em física da matéria e plasma na Escola de Física, combinou nitrogênio, dióxido de carbono e acetileno para simular as condições energéticas encontradas perto de estrelas e remanescentes de supernovas.
Ele então expôs os gases a uma forte carga elétrica. O processo criou material semelhante a poeira rico em carbono que flutua no espaço interestelar e é armazenado dentro de cometas, asteróides e meteoritos.
Os resultados são publicados Jornal Astrofísico da Sociedade Astronômica Americana.
Poeira cósmica com os ingredientes essenciais da vida
A poeira de laboratório contém uma combinação complexa de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. Juntas, são conhecidas como moléculas CHON e são encontradas em muitas substâncias orgânicas consideradas importantes para a vida.
“Não precisamos mais esperar que um asteróide ou cometa chegue à Terra para compreender a sua história”, disse Losurdo. “Você pode criar ambientes analógicos no laboratório e fazer engenharia reversa de suas estruturas usando impressões digitais infravermelhas.
“Isto pode dar-nos uma excelente visão sobre como a ‘poeira cósmica carbonácea’ pode florescer em estrelas gigantes e antigas ou em berçários cósmicos onde as estrelas nascem e entregar estas moléculas fascinantes que podem ser importantes para a vida.
“É como se tivéssemos recriado um pouco do universo em uma garrafa em nosso laboratório.”
No espaço, a poeira cósmica evolui sob condições extremas. As moléculas são repetidamente atingidas por íons e elétrons, iniciando reações químicas que podem formar substâncias cada vez mais complexas.
Os astrónomos identificam diferentes tipos de poeira cósmica estudando a luz infravermelha que emitem. Esses sinais atuam como impressões digitais moleculares, permitindo aos pesquisadores determinar a composição química do material.
As amostras de laboratório de Losurdo produziram a mesma assinatura infravermelha distinta vista no espaço. Essa semelhança indica que a experiência reproduz de perto os processos que se acredita ocorrerem em ambientes cosmológicos reais.
Rastreando as origens dos blocos de construção da vida
Como a vida começou na Terra é uma das maiores questões sem resposta da ciência. Os investigadores continuam a investigar se as primeiras moléculas orgânicas formadas em planetas jovens, chegaram em cometas e meteoritos, foram entregues durante a formação do Sistema Solar ou resultaram de uma combinação destas possibilidades.
Há cerca de 4,56 mil milhões a 3,5 mil milhões de anos atrás, meteoritos, micrometeoritos e poeira interplanetária de asteróides e cometas atingiram repetidamente a Terra. Os cientistas acreditam que esses objetos carregam grandes quantidades de material orgânico para a superfície.
No entanto, onde esse material se formou originalmente e quais processos o produziram ainda são incertos.
“Acredita-se que o carbono e o hidrogénio ligados covalentemente no material cometário e asteróide se formaram no invólucro exterior das estrelas, em eventos de alta energia, como supernovas, e no ambiente interestelar”, disse Losurdo.
“O que estamos a tentar compreender são as vias e condições químicas específicas que incorporam todos os elementos CHON nas complexas estruturas orgânicas que vemos na poeira cósmica e nos meteoritos.”
Recriando o espaço dentro do tubo de vidro
Losurdo conduziu o experimento com seu supervisor, o professor David McKenzie. Os pesquisadores usaram primeiro uma bomba de vácuo para remover o ar do tubo de vidro, criando condições que se aproximavam do vácuo do espaço.
Em seguida, enchem os tubos com nitrogênio, dióxido de carbono e acetileno. Durante cerca de uma hora, a mistura gasosa foi submetida a um potencial elétrico de cerca de 10.000 volts. Isso produz um plasma chamado descarga luminosa.
A energia intensa divide as moléculas-mãe. Seus elementos são então combinados novamente em estruturas químicas maiores e mais complexas.
Com o tempo, o material recém-formado se deposita nos chips de silício colocados dentro dos tubos, deixando uma fina camada de poeira. Em algumas amostras, as partículas recolhidas assemelham-se a fragmentos brilhantes de matéria cósmica.
O coautor do estudo, McKenzie, disse que a criação dessa poeira na Terra dá aos cientistas acesso a condições que não podem ser testadas diretamente no espaço.
“Ao criar poeira cósmica em laboratório, podemos explorar os efeitos dos íons e as intensidades de temperatura envolvidas na formação de poeira no espaço”, disse o professor McKenzie. “Isto é importante se quisermos compreender o ambiente dentro das nuvens de poeira cósmica, onde se pensa que ocorre uma química relevante para a vida.
“Ajuda-nos a interpretar o que aconteceu a um meteorito ou fragmento de asteróide durante a sua vida. A sua assinatura química contém um registo da sua viagem, e experiências como esta ajudam-nos a aprender como ler esse registo.”
Construindo uma biblioteca de impressões digitais para astrônomos
A pesquisa pode fazer mais do que esclarecer como as moléculas relacionadas à vida se formaram pela primeira vez. A equipe planeja montar um banco de dados detalhado de impressões digitais infravermelhas produzidas por vários tipos de poeira cósmica gerada em laboratório.
Os astrónomos podem comparar essas assinaturas com observações de regiões de formação estelar e restos de estrelas mortas. Um sinal combinado pode revelar onde tipos específicos de poeira estão se formando e ajudar os pesquisadores a reconstruir os processos físicos e químicos que ocorrem ali.
O banco de dados também poderia melhorar a capacidade dos cientistas de interpretar a história registrada dentro de meteoritos e fragmentos de asteróides. Sua química pode preservar evidências dos efeitos de temperatura, radiação e partículas que experimentaram durante suas viagens no espaço.
Ao reproduzir a química cosmológica em laboratório, a pesquisa oferece aos pesquisadores uma nova maneira de investigar processos que ocorrem nas profundezas do ambiente estelar. Também pode lançar luz sobre algumas das antigas etapas químicas que eventualmente contribuíram para o surgimento da vida na Terra.
Losurdo recebeu o Prêmio de Melhor Apresentação por este estudo na Reunião Anual Internacional da Sociedade Meteorológica no final do ano passado.
Os autores não relatam interesses conflitantes. Eles reconhecem o apoio da Universidade de Sydney Node in Microscopy Australia e o trabalho recebeu financiamento do Australian Research Council.
