Vulcões espaciais de metal pesado podem ter forjado meteoritos cravejados de gemas

O tumulto do início do sistema solar pode ter tido ainda mais metais do que os astrônomos pensavam, aponta nova teoria.segunda-feira, 23 de setembro de 2019

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Mas, desde 2017, dois estudos sobre o volume de Psyche descobriram que o asteroide tem densidade em torno de 4,2 gramas por centímetro cúbico, o que é 45 por cento mais baixo do que se esperaria de uma massa sólida de ferro e níquel. Se Psyche é todo de metal, deve ser extremamente poroso. Outra possibilidade é que, apesar da superfície metálica, Psyche ainda mantenha pelo menos um pouco de seu manto rochoso, mais leve. Mas se esse for o caso, porque a superfície parece tanto com um núcleo?

“Ainda é muito denso para ser somente uma rocha, mas não denso o suficiente para ser somente metal,” afirma Elkins-Tanton. “A questão é, o que é?”

De acordo com o novo modelo, pode haver uma explicação no fato de que Psyche esfriou e solidificou bilhões de anos atrás, durantes os primeiros 10 a 100 milhões de anos de sua existência. Quando o núcleo de Psyche ainda estava quente o suficiente para ser líquido, essa gosma metálica—uma mistura de ferro, níquel e enxofre—pode ter se solidificado de fora para dentro. Com isso, o ferro e o níquel do núcleo teriam se cristalizado, espalhando-se em direção ao centro de Psyche como geada se ramificando em uma janela.

Entretanto, ferro e níquel não cristalizam na presença de enxofre, então, enquanto esses metais continuavam a se solidificar, o enxofre do núcleo teria ficado mais concentrado nos bolsos de metal derretido remanescente. Enquanto esses derretidos acumulavam mais enxofre, eles poderiam permanecer líquidos em temperaturas mais baixas. Ferro puro começa a se solidificar abaixo de 1.537 graus Celsius, mas a mistura certa de ferro e enxofre pode permanecer liquefeita em temperaturas até 987 graus Celsius.

Johnson e seus colegas calculam que, dependendo do tamanho desses bolsos derretidos, os metais derretidos dentro deles poderiam ter sentido uma pressão imensa, da ordem de 7 bars.  Assim como apertar um tubo de pasta de dente, essa pressão poderia ter feito o metal derretido atravessar o manto acima até mesmo a superfície do objeto se o manto tivesse menos de 48 quilômetros de espessura aproximadamente—criando aspectos similares a chaminés vulcânicas. Se humanos pudessem ter flutuado sobre esses escoamentos, afirma Johnson, eles provavelmente teriam visto grandes fissuras e piscinas brilhantes e escorrendo ferro e níquel.

Mas, desde 2017, dois estudos sobre o volume de Psyche descobriram que o asteroide tem densidade em torno de 4,2 gramas por centímetro cúbico, o que é 45 por cento mais baixo do que se esperaria de uma massa sólida de ferro e níquel. Se Psyche é todo de metal, deve ser extremamente poroso. Outra possibilidade é que, apesar da superfície metálica, Psyche ainda mantenha pelo menos um pouco de seu manto rochoso, mais leve. Mas se esse for o caso, porque a superfície parece tanto com um núcleo?

“Ainda é muito denso para ser somente uma rocha, mas não denso o suficiente para ser somente metal,” afirma Elkins-Tanton. “A questão é, o que é?”

De acordo com o novo modelo, pode haver uma explicação no fato de que Psyche esfriou e solidificou bilhões de anos atrás, durantes os primeiros 10 a 100 milhões de anos de sua existência. Quando o núcleo de Psyche ainda estava quente o suficiente para ser líquido, essa gosma metálica—uma mistura de ferro, níquel e enxofre—pode ter se solidificado de fora para dentro. Com isso, o ferro e o níquel do núcleo teriam se cristalizado, espalhando-se em direção ao centro de Psyche como geada se ramificando em uma janela.

Entretanto, ferro e níquel não cristalizam na presença de enxofre, então, enquanto esses metais continuavam a se solidificar, o enxofre do núcleo teria ficado mais concentrado nos bolsos de metal derretido remanescente. Enquanto esses derretidos acumulavam mais enxofre, eles poderiam permanecer líquidos em temperaturas mais baixas. Ferro puro começa a se solidificar abaixo de 1.537 graus Celsius, mas a mistura certa de ferro e enxofre pode permanecer liquefeita em temperaturas até 987 graus Celsius.

Johnson e seus colegas calculam que, dependendo do tamanho desses bolsos derretidos, os metais derretidos dentro deles poderiam ter sentido uma pressão imensa, da ordem de 7 bars.  Assim como apertar um tubo de pasta de dente, essa pressão poderia ter feito o metal derretido atravessar o manto acima até mesmo a superfície do objeto se o manto tivesse menos de 48 quilômetros de espessura aproximadamente—criando aspectos similares a chaminés vulcânicas. Se humanos pudessem ter flutuado sobre esses escoamentos, afirma Johnson, eles provavelmente teriam visto grandes fissuras e piscinas brilhantes e escorrendo ferro e níquel.

Esse processo teórico, que a equipe nomeou ferrovulcanismo, poderia auxiliar a explicação da estranheza na aparência e densidade de Psyche. Johnson e seus colegas Michael Sori e Alexander Evans descobriram que a densidade observada de Psyche faz sentido se o asteroide tiver um núcleo de ferro coberto por um manto rochoso com 24,9 quilômetros de espessura. E se Psyche não tiver um manto rochoso, escoamentos ferrovulcânicos podem tê-lo folheado com metal do núcleo do asteroide.

“Acho que uma das partes mais interessantes é a implicação de que Psyche pode não ser uma bola de ferro e níquel—que pode não ser um núcleo aberto”, afirma Johnson. “Ele pode ter um manto de dezenas de quilômetros se estivermos certos.”

Meteoritos cravejados de gemas?

Elkins-Tanton aplaude o cálculo, mas previne que a amplitude de tal vulcanismo ainda é desconhecida, enquanto dados de radar sugerem que muito da superfície de Psyche é metálica.

“Talvez seja o núcleo de um planetesimal e muito da rocha tenha sido descascada, mas se foi descascada desigualmente, [ou] talvez seja uma grande confusão—tem muitas possibilidades,” ela diz. “Não vamos olhar para um rolamento no espaço.”

Ainda assim, a teoria do ferrovulcanismo é em parte atraente porque também pode explicar os palasitos, uma categoria enigmática de meteoritos. Palasitos consistem em cristais marrom-esverdeados—o mineral olivina—incorporados em uma matriz de ferro e níquel. Às vezes, os cristais aprisionados são até mesmo peridoto, o nome dado à olivina com qualidade de gema. Já que a olivina é formada no manto, cientistas pensam há muito tempo que palasitos são misturas de manto e núcleo que foram arremessados pelo sistema solar por colisões antigas, com pedaços caindo aqui na Terra. Mas a origem exata dos palasitos continua um debate.

“Essencialmente, esse ferrovulcanismo seria uma forma natural de ter material do núcleo se misturando com o manto,” Johnson afirma.

Entretanto, misturar ferro derretido e minerais só lhe dá um quase palasito, diz Elkins-Tanton. Esses meteoritos também geralmente não têm outros minerais, mas na linha do tempo da formação planetesimal, há somente uma pequena janela quando só cristais de olivina sobejariam no manto profundo de um objeto.

“Se você conseguir fazer o magmatismo de ferro e níquel escapar somente para aquela camada, então acho que o mecanismo funciona” ela afirma. “Mas, pelo menos na minha opinião, não soluciona todos os mistérios de palasitos.”

Em 2026, o orbitador de Psyche começará a testar esses mistérios. Ao captar as diferenças na gravidade superficial do asteroide, cientistas poderão dizer se o interior dele consiste em camadas ou se é completamente feito de metal poroso. Também poderá mapear a composição da superfície de Psyche. Se vir olivina na superfície, seria sugestão de que Psyche criou alguns palasitos do sistema solar, talvez até mesmo alguns dos que estão na Terra.

Apesar de ainda faltarem anos para termos dados da missão, Johnson está muito feliz por finalmente podermos ver esse raro asteroide de perto: “É por isso que cientistas planetários vivem, somente para presenciar um mundo a ser visto.”

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