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Um bilhão de anos no espaço interestelar: o que sabemos hoje sobre ‘Oumuamua

Impressão artística de ʻOumuamua, o primeiro objeto interestelar conhecido a passar pelo Sistema Solar. (ESO / M. KORMESSER)

Isto é o que aprendemos com o primeiro objeto já descoberto a entrar em nosso Sistema Solar a partir do espaço interestelar.

Bilhões de anos atrás, nosso Sistema Solar era um lugar extraordinariamente diferente do que conhecemos hoje. A Terra não tinha formas de vida multicelulares: nem plantas, nem animais, nem reprodução sexual. Saturno ainda não tinha seus anéis, pois a colisão que destruiu uma de suas luas gigantes ainda não havia ocorrido. E o cinturão de asteróides era muito mais rico do que é hoje, cheio de corpos rochosos que há muito foram ejetados gravitacionalmente no espaço interestelar.

Todo Sistema Solar, se entendermos como eles se formam corretamente, tem uma história semelhante. Corpos pequenos e rochosos – assim como os dominados pelo gelo mais distantes – serão gravitacionalmente chutados pelos planetas e outros objetos ao seu redor. Muitos desses objetos serão ejetados, viajando pela galáxia até entrarem aleatoriamente na vizinhança de outro sistema solar alienígena. Em 2017, pela primeira vez, detectamos um objeto passando pelo nosso Sistema Solar que deve ter se originado fora dele: o intruso interestelar ‘Oumuamua. Aqui está o que sabemos sobre isso hoje.

O objeto agora conhecido como ‘Oumuamua foi originalmente chamado de C/2017 U1 quando se pensava que era um cometa, e depois A/2017 U1 quando se pensava que era um asteroide. Hoje, é chamado de I/2017 U1, pois é o primeiro objeto interestelar (I) conhecido a visitar nosso Sistema Solar. Aproximou-se do nosso Sistema Solar por cima, passando mais próximo do Sol em 9 de setembro. Agora está a caminho de Urano, destinado a sair do Sistema Solar. (NASA/JPL-CALTECH)

O nome havaiano ‘Oumuamua é extraordinariamente evocativo, traduzindo-se como um batedor ou mensageiro do passado distante. Quando vimos este objeto passando pelo nosso Sistema Solar, ele saltou como sendo diferente de qualquer outra coisa. Todo objeto que já encontramos tem uma órbita em relação ao nosso Sol. As quatro opções são:

• circular, com excentricidade 0,
• elíptica, com excentricidade entre 0 e 1,
• parabólica, com uma excentricidade de exatamente 1,
• ou hiperbólica, com excentricidade maior que 1.

Encontramos objetos em todas as quatro classes, com os objetos hiperbólicos correspondendo a cometas que foram chutados gravitacionalmente de tal forma que sairão do Sistema Solar. Eles têm excentricidades muito ligeiramente maiores que 1, com valores como 1,0001 ou mais.

Mas quando encontramos ‘Oumuamua, reconhecemos que era algo especial. Ao contrário de tudo o que já encontramos, sua excentricidade era de 1,2.

A trajetória nominal do asteroide interestelar ʻOumuamua, calculada com base nas observações de 19 de outubro de 2017 e posteriores. A trajetória observada desviou-se por uma aceleração que corresponde a um extremamente pequeno ~ 5 mícrons por segundo² acima do previsto, mas isso é significativo o suficiente para exigir uma explicação. (TONY873004 OF WIKIMEDIA COMMONS)

Outra maneira de entender por que foi tão extraordinário é observar sua velocidade ao sair do Sistema Solar.

Se você fosse um objeto do cinturão de Kuiper que interagia com outro mundo massivo além de Netuno, ou fosse perturbado pelo próprio Netuno, você poderia desligá-lo gravitacionalmente do nosso Sistema Solar, dando-lhe uma órbita hiperbólica. Mas sua velocidade máxima, ao sair do Sistema Solar, seria da ordem de ~1 km/s. O mesmo para um asteroide perturbado por Júpiter: ele pode atingir velocidades de alguns (mas menos de 10) km/s ao deixar o Sistema Solar, mas não maiores.

Para ‘Oumuamua? Quando sair do Sistema Solar, sua velocidade será de 26 km/s, um número impossivelmente grande para algo originário de nossa vizinhança local.

Os planetas do Sistema Solar, juntamente com os asteróides no cinturão de asteróides, orbitam todos quase no mesmo plano, fazendo órbitas elípticas, quase circulares. Além de Netuno, as coisas ficam progressivamente menos confiáveis. Mas qualquer objeto com origem no Sistema Solar deve ter uma velocidade máxima ao sair do Sistema Solar que deve estar muito abaixo do que observamos para ‘Oumuamua. (INSTITUTO DE CIÊNCIAS DE TELESCÓPIO ESPACIAL, DEPARTAMENTO DE GRÁFICOS)

Em outras palavras, deve ter uma origem extra-solar. Este objeto tinha que vir do espaço interestelar: de outro sistema estelar que provavelmente o ejetou há muito tempo atrás. De acordo com nossos melhores modelos teóricos, deve haver muitos bilhões desses objetos, pelo menos, para cada estrela em nossa própria galáxia. É extremamente provável que muitos desses objetos passem pelo nosso Sistema Solar anualmente, mas nunca os detectamos antes.

Até ‘Oumuamua.

Uma animação mostrando o caminho do intruso interestelar agora conhecido como ʻOumuamua. A combinação de velocidade, ângulo, trajetória e propriedades físicas contribuem para a conclusão de que isso veio de além do nosso Sistema Solar. (NASA / JPL - CALTECH)

Ao passar pelo Sistema Solar, passou para o interior da órbita de Mercúrio: extremamente perto do Sol. Como nossos telescópios raramente varrem muito perto do Sol, não o descobrimos até que ele cruzou para o outro lado da órbita da Terra, quando já estava saindo do Sistema Solar. Nós a encontramos quando estava quase no ponto mais próximo do nosso mundo, a uma distância de apenas 23 milhões de km: cerca de 60 vezes a distância Terra-Lua.

Ele estava se movendo incrivelmente rápido na aproximação mais próxima, atingindo uma velocidade máxima de 88 km/s: cerca de três vezes maior que a velocidade com que a Terra orbita o Sol. E, no entanto, por tudo isso, tivemos uma sorte incrível de retirá-lo dos dados. Uma vez que tivemos essas indicações iniciais de sua existência, porém - obtidas da pesquisa Pan-STARRS - tivemos a oportunidade de acompanhar essas observações com uma série de telescópios grandes e poderosos.

O Observatório Pan-STARRS1 no topo de Haleakala Maui ao pôr do sol. Ao escanear todo o céu visível a uma profundidade rasa, mas com frequência, o Pan-STARRS pode encontrar automaticamente qualquer objeto em movimento dentro do nosso Sistema Solar acima de um brilho aparente específico. A descoberta de ‘Oumuamua foi feita exatamente dessa maneira, rastreando seu movimento em relação ao fundo de estrelas fixas. (ROB RATKOWSKI)

Era de cor muito mais vermelha do que quase qualquer outra coisa que conhecemos: mais semelhante aos asteróides troianos que vemos orbitando Júpiter. Tem uma cor diferente dos verdadeiros mundos gelados que conhecemos, incluindo os centauros, cometas e objetos do cinturão de Kuiper que encontramos em nosso próprio Sistema Solar. Mas também era incrivelmente chato em certo sentido, não exibindo características moleculares, de absorção ou de emissão.

Estava escuro, estava vermelho e, combinando essas informações com as medições de brilho e distância que fizemos, os astrônomos puderam determinar seu tamanho. Era menor do que praticamente todos os objetos que conhecemos, com apenas cerca de 100 metros de tamanho. As observações indicam que praticamente não havia poeira: no máximo havia uma colher de chá de poeira do tamanho de um mícron (0,000001 metro) sendo emitida de sua superfície. ‘Oumuamua, qualquer que fosse sua origem, definitivamente não era como um cometa.

À medida que orbitam o Sol, cometas e asteróides podem se separar um pouco, com detritos entre os pedaços ao longo do caminho da órbita se esticando ao longo do tempo e causando as chuvas de meteoros que vemos quando a Terra passa por esse fluxo de detritos. Um dos grandes quebra-cabeças de ‘Oumuamua é por que, quando foi fotografado pelo Spitzer (que tirou a imagem mostrada aqui), nenhum destroço de qualquer tipo foi visto: era inteiramente pontual. (NASA / JPL-CALTECH / W. REACH (SSC/CALTECH))

Durante o mês de outubro de 2017, uma série de telescópios observou seu brilho e como ele mudou ao longo do tempo. Ao longo de uma escala de tempo de cerca de 3,6 horas, seu brilho variou de forma periódica por um fator de 15: um grande número inédito para um cometa ou asteróide. A única explicação é que ‘Oumuamua deve ser um objeto giratório extremamente alongado. Sem poeira, liberação de gases ou algum mecanismo de obscurecimento da luz, deve haver simplesmente alguma diferença de tamanho dependendo de sua orientação. Quando vemos a longa direção de ‘Oumuamua, nós a vemos mais brilhante; quando vemos sua direção curta, nós a vemos mais fraca.

A curva de luz de ‘Oumuamua, à direita, e a forma e orientação inferidas e rolantes da própria curva. (NAGUALDESIGN / WIKIMEDIA COMMONS)

Mas então, as coisas ficaram estranhas. Quando rastreamos o caminho de ‘Oumuamua, descobrimos que uma órbita normal e perfeitamente hiperbólica não se encaixava bem. Houve uma aceleração adicional, como se algo a estivesse empurrando, além da influência da gravidade. Enquanto alguns defensores proeminentes apresentam explicações extraordinariamente selvagens como alienígenas , não era isso que os dados indicavam.

Não precisamos recorrer a explicações fantásticas quando o mundano serve. Só porque não estava em coma – a característica mais comum dos mundos de gelo e rocha que aquecem – não significa que não poderia haver alguma forma de liberação de gases. Com o pequeno tamanho e a grande distância de ‘Oumuamua, pudemos concluir que não havia um halo de gás ao seu redor, mas não seríamos capazes de detectar um único jato difuso de material ejetado.

Cometa 67P/C-G fotografado pela Rosetta. ‘Oumuamua é muito diferente em forma, tamanho e composição de superfície deste cometa, mas um jato de saída de gases semelhante a este, se fora do centro e fora do eixo, poderia explicar seu movimento anômalo. (ESA/ROSETTA/NAVCAM)

Como poderíamos reunir todas essas informações para dar sentido a elas de maneira consistente?

É possível, mas requer uma combinação de fatores que nunca vimos antes. Em particular:

• um jato de saída de gases, como vimos surgindo do interior do Cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko,
• sem coma e, portanto, uma superfície amplamente desprovida de gelos voláteis,
• uma origem fora do Sistema Solar,
• e um corpo que não apenas gira, mas cai caoticamente enquanto se move pelo Sistema Solar.

Isso só é possível se houver um jato emergindo de ‘Oumuamua, e o jato estiver fora do centro e fora do eixo desse intruso girando e caindo.

Os asteróides contêm algumas quantidades de compostos voláteis e muitas vezes podem desenvolver caudas quando se aproximam do Sol. Mesmo que ʻOumuamua não tenha cauda ou coma, há muito provavelmente uma explicação astrofísica para seu comportamento que está relacionada à liberação de gases e não tem absolutamente nada a ver com alienígenas. (ESTA- SCIENCEOFFICE.ORG )

A incrível conclusão não é apenas que ‘Oumuamua veio de fora do nosso Sistema Solar, mas que isso era raro e comum. Para um objeto individual, como ‘Oumuamua, provavelmente nunca chegará tão perto de outro Sistema Solar novamente. Apenas uma vez a cada 100 trilhões de anos – cerca de 10.000 vezes a idade atual do Universo – passará tão perto de uma estrela. Como o cientista Gregory Laughlin colocou, este foi o momento da vida de ‘Oumuamua.

Mas para o nosso Sistema Solar, devido ao grande número de objetos como esse voando pela galáxia, provavelmente experimentamos um encontro próximo como esse algumas vezes por ano. 2017 marcou a primeira vez que vimos um objeto desse tipo, mas provavelmente obtivemos bilhões deles ao longo da vida útil do nosso Sistema Solar. Alguns deles, se a natureza fosse gentil, podem até ter colidido com a Terra.

Pode haver até ~10²⁵ objetos como este voando pela nossa galáxia. De vez em quando, teremos a sorte de encontrar um deles. Pela primeira vez, realmente vimos um por nós mesmos.

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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