22
fev
14

Telescópio Subaru detecta tipo raro de nitrogênio no cometa Ison

Os cometas trazem informações preciosas sobre a origem do Sistema Solar. O artigo abaixo é um release do telescópio Subaru e embora seja mais técnico do que normalmente publico, achei pertinente traduzí-lo e adaptá-lo pelo tópico em si e por se relacionar à espectroscopia, ramo ao qual me dedico. O texto original pode ser acessado aqui

Cometa Ison pelas lentes do incrível Damian Peach em Nov_13
Cometa Ison pelas lentes do incrível Damian Peach em Nov_13

Uma equipe de astrônomos, liderada por Yoshiharu Shinnaka e Hideyo Kawakita, ambos da Kyoto Sangyo University, observou com sucesso a Comet ISON durante sua explosão brilhante no meio de novembro de 2013. O espetrógrafo de alta dispersão do Telescópio Subaru (HDS) detectou duas formas de nitrogênio – 14NH2 e 15NH2 – no cometa. Esta é a primeira vez que astrônomos relataram uma clara detecção do isótopo 15NH2 relativamente raro num único cometa e também mediram a abundância relativa de duas formas diferentes de isótopos (“razão isotópica de nitrogênio”) de amoníaco cometário (NH3) (Figura 1 ). Os resultados apoiam a hipótese de que havia dois reservatórios distintos de nitrogênio, na nuvem densa (“nebulosa solar”) a partir do qual o nosso Sistema Solar podem ter se formado e evoluído.

Figura 1: Close-up de espectros de linhas de emissão NH2 (das mesmas transições tanto para 14NH2 e 15NH2) no Cometa ISON, mostrando a diferença de comprimentos de onda e intensidade relativa entre os isótopos. As linhas vermelhas e verdes-tracejadas indicam o espectro observado. A linha azul indica o 15NH2, claramente detectado pela primeira vez. (Crédito: NAOJ)
Figura 1: Close-up de espectros de linhas de emissão NH2 (das mesmas transições tanto para 14NH2 e 15NH2) no Cometa ISON, mostrando a diferença de comprimentos de onda e intensidade relativa entre os isótopos. As linhas vermelhas e verdes-tracejadas indicam o espectro observado. A linha azul indica o 15NH2, claramente detectado pela primeira vez. (Crédito: NAOJ)

Por que a equipe se concentrou em estudar estas diferentes formas de nitrogênio no cometa?

Os cometas são objetos relativamente pequenos  do Sistema Solar , compostos de gelo e poeira , que se formaram há 4,6 bilhões de anos na nebulosa solar , quando o nosso sistema solar estava em sua infância . Como eles geralmente residem em regiões frias longe do Sol, o cinturão de Kuiper e a Nuvem de Oort , eles provavelmente preservam informações sobre as condições físicas e químicas no início do Sistema Solar . Diferentes formas e abundâncias da mesma molécula fornecem informações sobre sua origem e evolução.  Os cometas pertenciam a um berçário estelar (a nuvem interestelar primordial) ou surgiram a partir de uma nuvem distinta , a nebulosa solar, que pode ter formado a estrela do nosso sistema solar , o Sol ? Os cientistas ainda não entendem muito bem como as moléculas cometárias se separam em isótopos com diferentes abundâncias . Isótopos de nitrogênio de amônia (NH3) podem ser a chave para essa questão .

O amoníaco ( NH3 ) é uma molécula particularmente importante , uma vez que é o mais volátil de nitrogênio mais abundadnte  em gelo cometário e uma das moléculas mais simples de um grupo amino ( – NH2 ) intimamente relacionado com a vida . Isso significa que essas diferentes formas de nitrogênio poderiam ligar os componentes do espaço interestelar com a vida na Terra como a conhecemos.
Como a amônia é o principal transportador de nitrogênio em um cometa, é necessário limpá-la a partir da abundância relativa de seus isótopos para entender como 15NH2  se separa em moléculas cometárias. No entanto, a detecção direta de amônia cometária é difícil, e existem apenas alguns relatos de sua detecção. Portanto, a equipe se concentrou em estudar a forma de NH2 desenvolvido após a amônia ter sido discriminada pela luz (“fotodissociação”) no coma de cometas. A equipe teve a sorte de observar o cometa ao se aproximar do Sol, quando a sua composição gelada foi evaporando. Eles também tiveram a sorte porque NH2, um derivado de amônia (NH3), é fácil de observar no comprimento de onda óptico, e a abundância relativa de isótopos de nitrogênio de amônia cometária é provavelmente próximo ao de NH2.

A equipe usou HDS Telescópio Subaru para observar com sucesso o Cometa ISON em 15 de novembro e 16 (UT) , quando o cometa teve sua explosão brilhante que começou no dia 14 de novembro. A observação detectou claramente 15NH2 no Cometa ISON , e a equipe inferiu que a proporção de amônia cometária de 14N/15N é consistente com a média  dos espectros de outros 12 cometas . Em outras palavras , O Cometa ISON é típico na sua abundância relativa de 14N/15N em amoníaco cometário.

Estes resultados suportam a hipótese de que havia dois reservatórios distintos de nitrogênio na nebulosa solar :

1) de gás N2 primordial com um valor protosolar de 14N/15N ,

2) de  moléculas menos voláteis e, provavelmente, sólidas com uma proporção de cerca de 14N/15N  na nebulosa solar.

Figura 2: Comparação de proporções de isótopos obtidas a partir de cometas (esquerda) e núcleo da nuvem molecular (direita). A linha azul indica a proporção de isótopos de nitrogênio na atmosfera da Terra, enquanto a linha amarela mais larga indica a da nebulosa proto-solar. A figura mostra que os isótopos obtidos a partir de moléculas cometárias são semelhantes uns aos outros, enquanto aqueles enquanto aqueles de HCN (cianeto de hidrogénio) e HN3 (amoníaco) no núcleo da nuvem molecular são diferentes. (Crédito: NAOJ)de HCN (cianeto de hidrogénio) e HN3 (amoníaco) no núcleo da nuvem molecular são diferentes.
Figura 2: Comparação de proporções de isótopos obtidas a partir de cometas (esquerda) e núcleo da nuvem molecular (direita). A linha azul indica a proporção de isótopos de nitrogênio na atmosfera da Terra, enquanto a linha amarela mais larga indica a da nebulosa proto-solar. A figura mostra que os isótopos obtidos a partir de moléculas cometárias são semelhantes uns aos outros, enquanto aqueles enquanto aqueles de HCN (cianeto de hidrogénio) e HN3 (amoníaco) no núcleo da nuvem molecular são diferentes. (Crédito: NAOJ)de HCN (cianeto de hidrogénio) e HN3 (amoníaco) no núcleo da nuvem molecular são diferentes.

Isso pode significar que o amoníaco se formou em um ambiente de uma superfície de poeira de baixa temperatura , não no gás da nuvem molecular. As experiências de laboratório mostram que várias moléculas complexas podem se formar sobre a superfície de poeira de baixa temperatura. Se a molécula de amoníaco se formou sobre a superfície de poeira de baixa temperatura, o núcleo de cometa pode conter uma molécula complexa que se relaciona com a origem da vida, em adição ao amoníaco. Se for assim, aumentam as possibilidades de que cometas tenham trazido esses materiais para a Terra.

No futuro a equipe espera  investigar a origem do Cometa ISON e os mecanismos que provocaram sua explosão para que possamos entender melhor a evolução do Sistema Solar.

Referências:

Resultados publicados em Fevereiro 20, 2014 como:

Shinnaka, Y., Kawakita, H., Kobayashi, H., Nagashima, M., & Boice, D.C. 2014 “14NH2/15NH2 ratio in Comet C/2010 S1 (ISON) observed during its Outburst in November 2013)” Astrophysical Journal Letters, V 782, L106

“Spectrum of Outburst from Comet ISON Obtained by Subaru Telescope’s High-Dispersion Spectrograph”, December 2, 2013 Subaru Telescope press release.]

O telescópio Subaru.

Telescópio Subaru, no Havaí.
Telescópio Subaru, no Havaí.
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