Caro(a) Leitor(a);
O que você descobrirá
nesta postagem do blog:
>Onde e como as
moléculas de água se formam no Universo
>O que é água
pesada
>Como a água pesada traça a história cósmica da água
Você já ouviu o velho
ditado de que a água que você bebe provavelmente contém moléculas de água que
passaram pelos dinossauros? É loucura pensar que a água que bebemos possa ter
existido há tanto tempo. O que é ainda mais louco é que as moléculas de água na
Terra podem, na verdade, ser muito mais antigas do que a idade da Terra, ou até
mesmo do Sol!
A origem da água da
Terra e, portanto, sua idade real, é uma das maiores questões em aberto na
astronomia. As moléculas de água se formam originalmente em nuvens
interestelares frias de poeira e gás, onde as estrelas se formam. Mas será que
essa água pura é a mesma que bebemos hoje, ou essas moléculas foram destruídas
e reformadas em sua jornada até aqui? Pesquisadores agora encontraram uma nova
peça desse quebra-cabeça.
Para entender a idade
da água em nossa pequena rocha, primeiro precisamos começar onde a jornada da
água também começa…
Este diagrama ilustra
como uma nuvem de gás colapsa para formar uma estrela com um disco ao seu
redor, a partir do qual um sistema planetário eventualmente se formará.
Moléculas de água podem ser encontradas em todos esses estágios, mas seriam as
mesmas moléculas ou teriam sido destruídas e reformadas nesse processo?
Crédito: ESO/L. Calçada
Pequenas gotículas em
um oceano de matéria
Nos aglomerados frios e
densos de gás e poeira que formam as nuvens moleculares, ocorre o primeiro
passo para a formação da água. Átomos de oxigênio repousam sobre grãos de
poeira dentro da nuvem e interagem com átomos de hidrogênio em flutuação livre
para formar moléculas de água. A água formada não é líquida, mas permanece
congelada na superfície dos grãos de poeira.
Na fase seguinte, a
gravidade assume lentamente o controle e o aglomerado de gás molecular torna-se
cada vez mais denso até colapsar, formando uma "protoestrela". Muito
calor é gerado a partir desse colapso e posteriormente transferido para o
material circundante. À medida que os grãos de poeira aquecem nas partes
centrais da nuvem, a água congelada que os reveste sublima, transformando-se
instantaneamente em gás sem primeiro se tornar líquida. Mas, mais distante, a
maior parte do reservatório de água permanece congelada. Esse gelo de água é
mais difícil de detectar do que a água gasosa, mas também é menos propenso a
ser alterado por processos químicos. A água torna-se, assim, a segunda molécula
mais abundante (depois do hidrogênio molecular) nessa nuvem quente ao redor da
estrela bebê, que contém 10.000 vezes mais água do que os oceanos da Terra
juntos.
À medida que a matéria
nas partes centrais da nuvem colapsa, ela começa a girar mais rápido e se
achata, formando um disco ao redor da protoestrela. A maior parte da água neste
"disco protoplanetário" permanece congelada em torno dos grãos de
poeira neste estágio. Os grãos de poeira são, nesse sentido, algo como os
Guardiões da História da Água.
Os cometas são o
próximo passo na jornada da água. Esses corpos gelados se formam a partir de
grãos de poeira no disco protoplanetário e podem potencialmente levar água aos
planetas. Mas como podemos ter certeza de que as moléculas de água nos cometas
são quimicamente as mesmas que as originalmente formadas na nuvem-mãe? A
maneira de rastrear o caminho da água é através de algo chamado água pesada.
Este diagrama segue o caminho da água desde as nuvens onde as estrelas
nascem até os sistemas planetários. Etapa 1: as moléculas de água se formam
primeiro em nuvens gigantes de gás e poeira. Átomos de oxigênio, mostrados aqui
como círculos azuis, ficam sobre grãos de poeira. Quando interagem com átomos
de hidrogênio flutuantes (amarelo), formam moléculas de água. Alguns desses
átomos de hidrogênio (cinza) são, na verdade, um isótopo mais pesado chamado
deutério. Etapa 2: à medida que a nuvem formadora de estrelas colapsa, a região
central se aquece, sublimando parte do gelo de água em gás, o que facilita sua
detecção. Mas a maior parte da água permanece congelada nos grãos de poeira.
Etapa 3: devido à rotação inicial da nuvem, um disco plano se forma ao redor da
estrela. Os grãos de poeira começam a se coalescer e formar corpos sólidos
maiores. Etapa 4: um sistema planetário agora é formado, contendo planetas,
cometas e asteroides orbitando ao redor da estrela central.
Crédito: ESO/M. Duffek
O que é água pesada e
de onde ela vem?
Assim como a água
comum, a água pesada é composta por um átomo de oxigênio e dois átomos de
hidrogênio. Mas o hidrogênio presente na água pesada não é realmente
hidrogênio: é deutério, um isótopo mais pesado do hidrogênio com um próton e um
nêutron em vez de apenas um próton, daí seu nome.
O intrigante é que o
deutério só é produzido nos primeiros segundos após o Big Bang, e em
quantidades muito pequenas: há cerca de 100.000 vezes mais átomos de hidrogênio
normais do que de deutério. Se essa abundância fixa de deutério fosse
distribuída uniformemente nas moléculas de água, a proporção esperada de água
pesada para água normal seria muito menor do que a que observamos atualmente no
Sistema Solar.
Acontece que há muito
mais átomos de deutério na superfície dos grãos de poeira do que o esperado a
partir da razão deutério/hidrogênio no Universo. Como as moléculas de água se
formam inicialmente nos grãos de poeira, essa alta proporção de água pesada em
relação à água normal atua como uma impressão digital química que nos permite
rastrear a trajetória subsequente da água. Em outras palavras: medindo a
quantidade relativa de água pesada e normal em diferentes ambientes – nuvens
moleculares, discos protoplanetários, cometas, planetas – podemos descobrir se
as moléculas de água foram alteradas ao longo dessa trilha.
Simples ou duplo?
A água pesada vem em
dois tipos, por assim dizer: água semipesada, ou HDO, onde apenas um dos dois
átomos de hidrogênio é deutério, e água pesada duplamente deuterada, ou D 2 O,
que contém dois átomos de deutério.
Há dois anos, um grupo
de astrônomos detectou HDO no disco protoplanetário em torno de V883
Ori , uma protoestrela a 1300 anos-luz de distância. Utilizando
o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ( ALMA ),
parceiro do ESO, eles mediram uma abundância de HDO muito semelhante à dos
cometas em nosso Sistema Solar. Assumindo que este disco protoplanetário não
seja muito diferente daquele que deu origem ao nosso Sistema Solar, esta
descoberta forneceu evidências importantes de que a água que vemos hoje é a
mesma água pura formada na nuvem-mãe do Sol.
Mas isso não era uma
prova definitiva, pois as moléculas de HDO ainda podem ser destruídas pela
radiação da estrela e depois se reformar, obscurecendo um pouco sua história
passada. Isso é muito menos provável de acontecer com D 2 O,
que é, portanto, um marcador mais robusto da história da água.
Agora, a mesma equipe
de astrônomos detectou D2O no disco ao redor da estrela
V883 Ori usando o ALMA. Seus resultados, publicados em um artigo da
Nature Astronomy liderado por Margot Leemker, astrônoma da
Universidade de Milão, Itália, mostram uma alta abundância de D2O . Essa
abundância é semelhante à encontrada em nuvens moleculares e em um cometa [1] ,
sugerindo que a água que encontramos no Sistema Solar atual é a mesma que
existia muito antes da formação do Sol.
Como a água realmente
chega aos planetas, incluindo a Terra, é uma questão complexa que precisa de
mais pesquisas, mas esta nova descoberta é uma peça-chave nesse quebra-cabeça.
Então, da próxima vez que você tomar um copo d'água refrescante, pare um
segundo e pense no seguinte: pelo menos parte da água que você está provando
não só passou pelos dinossauros, como também é anterior à própria Terra e até
mesmo ao Sol!
Notas
[1] Embora a abundância
de HDO tenha sido medida em vários cometas, só temos medições de D 2 O
em um.
Ligações
Artigo de Astronomia da Nature
Bebemos água de boa qualidade, com 4,5 bilhões de anos
Biografia
de Amy Briggs
Amy
formou-se recentemente em comunicação científica pela Universidade Nacional
Australiana. Antes de ingressar na equipe de COMMS do ESO, trabalhou na
Academia Australiana de Ciências Tecnológicas e Engenharia (ATSE) como
coordenadora de comunicação e como coordenadora editorial da revista juvenil
Careers with STEM.
Ela
também escreveu para a coluna Sunday Space no The Canberra Times, ABC Science e
na revista Double Helix do CSIRO.
Ela é
apaixonada por contar histórias, ler e hóquei unicolor.
Biografia
de Malika Duffek
Enquanto
cursava a graduação em Astrofísica, Malika descobriu uma profunda paixão pela
Comunicação Científica. Ela se juntou à equipe do Planetário Móvel em seu
instituto em Viena, onde deu vida às maravilhas do Universo para crianças em
idade escolar em toda a região. Desde então, ela continuou a explorar outras
áreas de divulgação científica. Concluiu seu mestrado em Astrofísica e ampliou
sua experiência como Assistente de Comunicação Científica na Universidade de
Viena. Hoje, ela faz parte do ESO, entusiasmada em aprender com uma equipe
internacional e continuar expandindo suas habilidades em diversos campos de
divulgação e engajamento científico.
Para saber mais, acesse o link>
Fonte: Observatório Europeu do Sul (ESO, na sigla em inglês) / Publicação 15/10/2025
https://www.eso.org/public/blog/water-origin/
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