As novas evidências sobre a formação da Lua

Esta imagem descreve a colisão catastrófica de dois corpos planetários similares em composição que levaram à formação da Terra e sua lua 4,5 bilhões de anos.

   A formação da Lua por muito tempo tem sido um mistério para a astronomia, mas novos estudos estão suportando a teoria de que a Lua foi formada a partir de detritos deixados para trás de uma colisão entre a Terra recém nascida e uma rocha do tamanho de Marte, com um verniz de meteoritos cobrindo ambos os corpos após a colisão. A Terra nasceu a cerca de 4.5 bilhões de anos atrás, e os cientistas, acreditam a Lua nasceu pouco tempo depois. A explicação mais aceita atualmente para a origem da Lua, conhecida como a Hipótese do Impacto Gigante, foi proposta pela primeira vez na década de 1970. Ela sugere que a Lua resultou da colisão de dois protoplanetas, ou mundos embrionários. Um desses mundos era a Terra recém formada e o outro um objeto do tamanho de Marte, conhecido como Theia. A Lua então, depois da colisão, se formou a partir dos detritos.

   Os desafios dessa explicação estão relacionados à química da Lua. A maior parte dos modelos da teoria do impacto gigante, diz que mais de 60% da Lua deveria ser feita de material originado de Theia. O problema é que a maior parte dos corpos no Sistema Solar possuem uma química única, e a Terra, Theia e consequentemente a Lua também deveriam ter. Contudo, amostras de rochas da Lua revelaram que ela é mais similar com a Terra do que os modelos previam a partir de elementos chamados isótopos.  Em termos de composição, a Terra e a Lua são quase gêmeos, suas composições diferem em poucas parte em um milhão”, disse a principal autora do estudo Alessandra Mastrobuono-Battisti, uma astrofísica no Instituto Israel de Tecnologia em Haifa. “Essa contradição tem criado uma grande sombra sobre o modelo do impacto gigante”.

   Para iluminar esse mistério, Mastrobuono-Battisti e seus colegas simularam colisões no início do Sistema Solar entre 85 a 90 protoplanetas – cada um deles com cerca de 10% da massa da Terra – e entre 1000 a 2000 corpos menores, chamados de planetesimais. Cada um desses últimos com uma massa de cerca de 0.25% a massa da Terra. Os pesquisadores simularam as colisões levando em consideração um padrão de disco que se estendia de meia unidade astronômica até 4.5 unidades astronômicas de distância do Sol.

   Os cientistas descobriram que entre 100 milhões a 200 milhões de anos depois dos modelos terem começados a rodar, cada simulação tipicamente produziu entre três e quatro planetas rochosos, com o maior deles com uma massa comporável à massa da Terra. Esses mundos eram compostos de material que era distinto um dos outros. Contudo, eles também encontraram que entre 20% a 40% do tempo, a composição de um dos planetas era muito similar à composição do último protoplaneta que tinha colidido com ele. Essa semelhança é cerca de 10 vezes maior do que as estimativas anteriores. “A coisa mais surpreendente e animadora foi encontrar que nós podemos ter novas ideias que podem iluminar um mistério de mais de 30 anos”, disse o co-autor do estudo Hagai Perets, um astrofísico do Instituto de Tecnologia de Haifa. “Pares de planetas e corpos impactantes não são tão raros assim”.

   A razão para essa similaridade na composição tem sido feita com as órbitas ocupadas por esses corpos em colisão. A composição desses objetos variava de acordo com a quantidade de calor que eles recebiam – por exemplo, quanto mais distante um protoplaneta estava do Sol, mais frio ele era, e assim, ele teria uma probabilidade maior de reter um isótopo relativamente pesado do oxigênio. Os cientistas descobriram que para cada planeta formado, o último protoplaneta a colidir com ele provavelmente compartilhava uma órbita similar. Assim, os protoplanetas que compartilharam locais de nascimento similares, podem também compartilhar uma composição similar.

   Essas descobertas sugerem que a composição similar da Terra e da Lua poderia ser uma consequência natural de um impacto gigante. Essa teoria também explica por que suas composições diferem daquelas de outros corpos no Sistema Solar, dizem os pesquisadores. Mastrobuono-Battisti, Perets e seu colega Sean Raymond, da Universidade de Bordeaux na França, detalharam suas descobertas na edição de 9 de Abril de 2015 da revista Nature. Outro desafio para entender  como a Lua e a Terra se formaram tema  ver com o tungstênio. Esse metal tem características altamente siderófilas significando que ele se liga fortemente com o ferro, e poderia ter uma forte tendência para se mover para o núcleo da Terra rico em ferro. Contudo, a crosta da Terra e o manto, possui um excesso de elementos siderófilos como o tungstênio.

   Pesquisas anteriores sugerem que os elementos ligados ao ferro agora vistos na Terra, vieram de um verniz posterior de material do espaço que se acumulou em ambos os corpos depois do impacto gigante que formou a Lua e depois formou o núcleo da Terra. Se essa teoria for verdadeira, então os níveis de isótopos de tungstênio da Terra deveriam ser diferentes daqueles encontrados na Lua. Agora, outros dois estudos independentes revelaram que de fato existe essa diferença prevista entre a quantidade de isótopos de tungstênio na Terra e na Lua.

   Os cientistas analisaram as rochas lunares e descobriram um excesso na abundância do isótopo tungstênio-182 na Lua se comparado com a quantidade presente no núcleo da Terra atualmente. “Essa é a primeira vez que nós podemos resolver essas pequenas diferenças”, disse o cosmoquímico Thomas Kruijer na Universidade de Münster na Alemanha, principal autor de um dos dois estudos. “Definir esse valor com precisão é um passo muito importante para os estudos posteriores. Essa diferença é melhor explicada pela teoria sobre as diferentes proporções de tungstênio-182 que se acumularam em cada corpo depois do impacto gigante que formou a Lua, dizem os pesquisadores. “Nossos resultados fornecem evidências independentes para a hipótese do verniz”, disse Kruijer. A pesquisa desses dois estudos também se encontra na edição de 9 de Abril de 2015 da revista Nature.