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Os meteoróides Geminids iluminam o céu enquanto passam pela Terra a cada inverno, produzindo uma das mais intensas chuvas de meteoros em nosso céu noturno.
Os mistérios que cercam a origem dessa corrente de meteoroides há muito fascinam os cientistas porque, enquanto a maioria das chuvas de meteoros são criadas quando um cometa emite uma cauda de gelo e poeira, os Geminídeos se originam de um asteróide – um pedaço de rocha que normalmente não produz uma cauda. . Até recentemente, os Geminídeos só haviam sido estudados da Terra.
Agora, os pesquisadores de Princeton usaram observações da missão Parker Solar Probe da NASA para deduzir que foi provavelmente um evento violento e catastrófico – como uma colisão em alta velocidade com outro corpo ou uma explosão gasosa – que criou os Geminídeos. As conclusões, que foram publicadas no Revista de Ciências Planetárias em 15 de junho, reduza as hipóteses sobre a composição e a história desse asteróide que explicariam seu comportamento não convencional.
“Os asteroides são como pequenas cápsulas do tempo para a formação do nosso sistema solar”, disse Jamey Szalay, pesquisador do laboratório de física espacial da Universidade de Princeton e coautor do artigo. “Eles foram formados quando nosso sistema solar se formou, e entender sua composição nos dá outra parte da história”.
Um asteróide incomum
Ao contrário da maioria das chuvas de meteoros conhecidas que vêm de cometas, que são feitas de gelo e poeira, o fluxo Geminids parece se originar de um asteróide – um pedaço de rocha e metal – chamado 3200 Phaethon.
“A maioria dos fluxos de meteoróides são formados por meio de um mecanismo cometário, é incomum que este pareça ser de um asteróide”, disse Wolf Cukier, aluno de graduação de 2024 em Princeton e principal autor do artigo.
“Além disso, o fluxo está orbitando ligeiramente fora de seu corpo pai quando está mais próximo do sol, o que não é óbvio para explicar apenas olhando para ele”, acrescentou, referindo-se a um estudo recente com imagens da Parker Solar Probe dos Geminídeos. liderado por Karl Battams do Laboratório de Pesquisa Naval.
Quando um cometa se aproxima do Sol, ele fica mais quente, fazendo com que o gelo da superfície libere uma cauda de gás, que por sua vez arrasta consigo pedacinhos de gelo e poeira. Este material continua atrás do cometa enquanto permanece dentro da atração gravitacional do Sol. Com o tempo, esse processo repetido preenche a órbita do corpo pai com material para formar um fluxo de meteoroide.
Mas como asteróides como o 3200 Phaethon são feitos de rocha e metal, eles não são tipicamente afetados pelo calor do Sol como os cometas, deixando os cientistas se perguntando o que causa a formação do fluxo de 3200 Phaethon no céu noturno.
“O que é realmente estranho é que sabemos que 3200 Phaethon é um asteroide, mas conforme ele passa pelo Sol, parece ter algum tipo de atividade impulsionada pela temperatura”, disse Szalay. “A maioria dos asteroides não faz isso.”
Alguns pesquisadores sugeriram que 3200 Phaethon pode realmente ser um cometa que perdeu toda a sua neve, deixando apenas um núcleo rochoso semelhante a um asteróide. Mas os novos dados da Parker Solar Probe mostram que, embora parte da atividade do 3200 Phaethon esteja relacionada à temperatura, a criação do fluxo de Geminídeos provavelmente não foi causada por um mecanismo cometário, mas por algo muito mais catastrófico.
Abrindo a cápsula do tempo
Para aprender sobre a origem do fluxo Geminids, Cukier e Szalay usaram os novos dados da Parker Solar Probe para modelar três possíveis cenários de formação e, em seguida, compararam esses modelos com modelos existentes criados a partir de observações baseadas na Terra.
“Existe o que é chamado de modelo ‘básico’ de formação de um fluxo de meteoroides e o modelo de criação ‘violento’”, disse Cukier. “É chamado de ‘básico’ porque é a coisa mais direta para modelar, mas na verdade esses processos são violentos, apenas diferentes graus de violência.”
Esses diferentes modelos refletem a cadeia de eventos que ocorreriam de acordo com as leis da física com base em diferentes cenários. Por exemplo, Cukier usou o modelo básico para simular todos os pedaços de material liberados do asteróide com velocidade relativa zero – ou sem velocidade ou direção relativa a 3200 Phaethon – para ver como seria a órbita resultante e compará-la. para a órbita mostrada pelos dados da sonda Parker Solar Probe.
Ele então usou o modelo de criação violenta para simular a liberação de material do asteróide com uma velocidade relativa de até um quilômetro por hora, como se as peças fossem soltas por um evento súbito e violento.
Ele também simulou o modelo cometário – o mecanismo por trás da formação da maioria dos fluxos de meteoróides. A órbita simulada resultante correspondeu menos com a forma como a órbita dos Geminídeos realmente aparece de acordo com os dados da Parker Solar Probe, então eles descartaram esse cenário.
Ao comparar as órbitas simuladas de cada um dos modelos, a equipe descobriu que os modelos violentos eram mais consistentes com os dados da Parker Solar Probe, o que significa que é provável que um evento súbito e violento – como uma colisão em alta velocidade com outro corpo ou uma explosão gasosa, entre outras possibilidades — criou o fluxo Geminids.
A pesquisa se baseia no trabalho de Szalay e vários colegas da missão Parker Solar Probe, construída e montada no Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins (APL) em Laurel, Maryland, para montar uma imagem da estrutura e comportamento da grande nuvem de poeira que gira através do sistema solar mais interno.
Eles aproveitaram a trajetória de voo de Parker – uma órbita que o move a apenas milhões de quilômetros do Sol, mais perto do que qualquer espaçonave da história – para obter a melhor visão direta da nuvem de poeira de grãos lançada por cometas e asteróides que passam.
Embora a sonda não meça as partículas de poeira diretamente, ela pode rastrear os grãos de poeira de uma maneira inteligente: à medida que os grãos de poeira atingem a espaçonave ao longo de seu caminho, os impactos de alta velocidade criam nuvens de plasma. Essas nuvens de impacto produzem sinais únicos em potencial elétrico que são captados por vários sensores no instrumento FIELDS da sonda, projetado para medir os campos elétrico e magnético próximos ao Sol.
“Os dados inéditos que nossa espaçonave está coletando agora serão analisados nas próximas décadas”, disse Nour Raouafi, cientista do projeto Parker Solar Probe no APL. “E é empolgante ver cientistas de todos os níveis e habilidades investigando isso para lançar luz sobre o Sol, o sistema solar e o universo além”.
Alcançando as estrelas
Cukier disse que sua paixão por aprender sobre o espaço sideral combinada com o apoio departamental é o que o motivou a prosseguir com este projeto.
Depois de fazer uma aula prática de laboratório oferecida pelo laboratório de física espacial de Princeton – onde ganhou experiência prática construindo instrumentos espaciais, como os que atualmente amostram o ambiente do Sol a bordo da Parker Solar Probe – e servindo como tesoureiro do clube de graduação em astronomia, ele decidiu que queria fazer pesquisas extracurriculares.
Ele foi recebido com entusiasmo quando procurou cientistas do grupo de Física Espacial de Princeton. “Todos apóiam muito a pesquisa de graduação, especialmente em astrofísica, porque realmente faz parte da cultura do departamento”, disse ele.
“É sempre maravilhoso quando nossos alunos como Wolf podem contribuir tão fortemente para esse tipo de pesquisa espacial”, disse David McComas, chefe do grupo de Física Espacial e vice-presidente do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL). “Muitos de nós ficamos maravilhados com as exibições de meteoros Geminids por anos e é incrível finalmente ter os dados e pesquisas para mostrar como eles provavelmente se formaram”.
Cukier disse que se sente atraído por observar o céu desde criança. “A ciência planetária é surpreendentemente acessível”, disse ele. “Para os Geminídeos, por exemplo, qualquer um pode sair em 14 de dezembro deste ano à noite e olhar para cima. É visível de Princeton e alguns dos meteoros são realmente brilhantes. Eu recomendo vê-los.”
“Formation, Structure, and Detectability of the Geminids Meteoroid Stream” de WZ Cukier e JR Szalay foi publicado em 15 de junho de 2023 pelo Planetary Science Journal (DOI 10.3847/PSJ/acd538). A pesquisa foi apoiada pelo Parker Solar Probe Guest Investigator Program (80NSSC21K1764). A Parker Solar Probe faz parte do programa Living with a Star da NASA para explorar aspectos do sistema Sol-Terra que afetam diretamente a vida e a sociedade. O programa é gerenciado pelo Goddard Space Flight Center da NASA para a Divisão de Heliofísica do Science Mission Directorate da NASA. A APL gerencia a missão Parker Solar Probe para a NASA.
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