Resumo:
Quando uma estrela massiva chega ao fim da sua vida, muitas vezes lança uma grande quantidade de material para o espaço sob a forma de uma explosão de supernova. Este material, criado pela morte de uma estrela, pode viajar centenas de anos-luz para alcançar corpos próximos, incluindo a Terra e a Lua. Agora, um novo estudo liderado por investigadores da Universidade do Havai em Manoa propõe que o solo lunar na superfície da Lua pode preservar um registo de explosões de supernovas que se estende por 80 milhões a 100 milhões de anos, ou até mais. Os investigadores estabeleceram um conjunto de modelos matemáticos para reinterpretar este período da história cósmica a partir do solo lunar que tem sido continuamente agitado.
Este estudo foi concluído por Emily Costello, pesquisadora do Instituto de Geofísica e Planetologia da Universidade do Havaí, e seus colaboradores. O artigo relevante foi publicado em "Physical Review Letters". O cerne da pesquisa não é simplesmente procurar por “poeira estelar” no solo lunar, mas resolver um problema mais complexo: depois que esses materiais da explosão de estrelas distantes chegam à Lua, eles não ficam para sempre onde caíram originalmente. Em vez disso, são continuamente impactados por meteoritos e asteróides ao longo de dezenas de milhões de anos e são escavados, enterrados, compactados e misturados novamente. Os investigadores precisam, portanto, de construir modelos que possam restaurar este "caos" de longa data num registo legível do tempo.
Comparada com a Terra, a Lua tem uma vantagem muito especial. Os sedimentos marinhos na Terra também podem preservar materiais radioativos do espaço interestelar, mas devido à influência da sedimentação marinha, atividades geológicas e outros processos ambientais, os registros relevantes que podem ser rastreados datam de apenas cerca de 10 milhões de anos. A lua não tem atmosfera, oceanos líquidos e placas tectônicas ativas. Embora os materiais na superfície sejam constantemente impactados por meteoritos, eles não sofrem erosão e ciclos geológicos semelhantes aos da Terra. Assim, o regolito lunar poderia na verdade funcionar como um arquivo cósmico de longo prazo, preservando material de explosões estelares distantes durante dezenas de milhões de anos.
Os pesquisadores se concentraram especificamente em um processo conhecido como "aragem de impacto". A superfície lunar tem sido bombardeada por impactores de diferentes tamanhos, desde pequenas partículas de poeira até grandes asteróides. Cada impacto pode escavar a superfície do solo lunar e lançar materiais mais profundos para cima. Depois de milhões ou mesmo dezenas de milhões de anos de ação repetida, a estrutura em camadas originalmente relativamente clara tornou-se gradualmente caótica. Portanto, se os cientistas perfurarem hoje um núcleo de solo lunar na Lua, mesmo que encontrem algum isótopo radioativo de uma supernova, não podem simplesmente assumir que a sua profundidade corresponde ao momento em que chegou à Lua.
A equipe de Costello estabeleceu um modelo estocástico unificado para descrever o processo de transporte de materiais no solo lunar como uma competição de longo prazo entre soterramento e escavação. Por um lado, o novo solo lunar continua a cobrir e enterrar materiais previamente depositados; por outro lado, os impactos dos meteoritos irão reescavar materiais subterrâneos e misturá-los com o solo lunar em outras profundidades. O modelo também leva em consideração fatores como compactação de impacto, escavação, transporte de materiais, intemperismo espacial e decaimento radioativo, e acrescenta ainda a situação em que as supernovas entregam poeira interestelar nas proximidades do sistema solar na forma de pulsos.
Estudos anteriores de sedimentos do fundo do mar da Terra e amostras lunares do programa Apollo forneceram evidências importantes de que explosões de supernovas a centenas de anos-luz de distância uma vez entregaram isótopos radioativos à Terra e à Lua. Os cientistas descobriram que ocorreram dois eventos de deposição de material de supernova relativamente claros há cerca de 2,3 milhões de anos e 7,3 milhões de anos atrás. Depois de chegar à Lua, os sinais isotópicos deixados por esses eventos foram gradualmente afetados pela aragem de impacto e foram redispersos em diferentes profundidades.
Os pesquisadores testaram primeiro o modelo usando núcleos de solo lunar coletados pelas missões Apollo. Os resultados mostram que o modelo pode reproduzir com relativa precisão a distribuição real de isótopos radioativos, como o ferro-60, no solo lunar, à medida que muda com a profundidade. As idades dos isótopos relevantes foram previamente limitadas de forma independente por rastros de raios cósmicos e outros parâmetros de referência de radionuclídeos, fornecendo assim uma base importante para a validação do modelo.
Depois de o modelo ter sido verificado, os investigadores introduzem no modelo a linha temporal estabelecida de eventos de supernovas na Terra para simular a distribuição em profundidade destes materiais provenientes de explosões estelares após milhões de anos de impacto e penetração no solo lunar. A equipa de investigação expandiu então o modelo para elementos mais pesados com potencial valor de investigação, incluindo plutónio-244, iodo-129, háfnio-182 e cúrio-247, etc., para prever que tipo de sinais químicos cósmicos os cientistas poderão encontrar após obterem amostras mais profundas na Lua no futuro.
Entre eles, o plutónio-244 tem atraído especial atenção devido à sua longa meia-vida, o que teoricamente pode ajudar os cientistas a rastrear explosões estelares mais distantes. A entrada de matéria interestelar de diferentes fontes e diferentes escalas de tempo pode formar diferentes curvas de concentração no solo lunar. Se núcleos de solo lunar suficientemente profundos e bem preservados puderem ser obtidos, os cientistas poderão ter a oportunidade de distinguir entre uma explosão de supernova breve e concentrada e uma entrada sustentada e de longo prazo de material interestelar.
Isso também significa que a Lua pode não apenas preservar a história geológica lunar com a qual os humanos estão familiarizados, mas também preservar registros de atividades estelares que a região do sistema solar experimentou nas últimas dezenas de milhões ou mesmo centenas de milhões de anos. Por outras palavras, alguns dos átomos do solo lunar podem ter vindo de estrelas há muito perdidas, e as explosões destas estrelas ocorreram antes do aparecimento dos humanos ou mesmo de grande parte da vida moderna na Terra.
Os investigadores acreditam que futuras missões de exploração lunar serão a chave para verificar ainda mais esta ideia. Artemis planeja enviar astronautas à Lua novamente no futuro e espera-se que colete amostras mais profundas e sistemáticas do solo lunar do que na era Apollo. Se estas missões conseguirem obter núcleos com profundidade suficiente, os investigadores poderão usar o comprovado modelo de "aragem de impacto" para descodificar inversamente a distribuição interrompida de isótopos no solo lunar, recuperando assim uma história mais longa de actividade de supernova.
Costello disse que novas amostras obtidas da Lua no futuro, se combinadas com este modelo, podem revelar a história de supernovas no universo próximo aos humanos que nunca foi registrada antes. Para os cientistas, o que é realmente valioso não é apenas descobrir um determinado elemento de uma estrela, mas usar as leis de profundidade, concentração e decaimento radioativo desses elementos para determinar quando chegaram à Lua, de que tipo de eventos estelares vieram e que tipo de ambiente galáctico o sistema solar experimentou nos últimos tempos.
Esta pesquisa também causou uma mudança bastante singular no valor da lua. As rochas na Terra são constantemente remodeladas por intemperismo, sedimentação, derretimento e movimentos de placas. Embora os sedimentos oceânicos possam preservar algum material interestelar, é difícil fornecer um registo contínuo de mais de dezenas de milhões de anos. A superfície lunar, que parece ser constantemente atingida por meteoritos e é desordenada, pode na verdade ser apenas um arquivo natural que foi “desordenado”. Enquanto os cientistas dominarem as leis físicas corretas, será possível recuperar informações de tempo desse caos.
Se a amostragem lunar profunda for bem-sucedida no futuro, os humanos poderão ser capazes de usar um núcleo do solo lunar para rastrear os vestígios deixados por antigas explosões de supernovas e estudar mais profundamente as mudanças no ambiente estelar experimentadas pelo sistema solar durante a sua longa operação na Via Láctea. Para a Lua, estes materiais deixados para trás quando estrelas distantes morreram podem ter estado ali adormecidos durante centenas de milhões de anos, e os humanos apenas começaram a dominar o método de leitura deste arquivo cósmico.
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