Um dos maiores cometas de que há registo vem na nossa direção

O cometa Bernardinelli-Bernstein oferece uma oportunidade rara para uma geração de astrónomos estudar um objeto vindo dos confins do sistema solar.

Publicado 1/10/2021, 13:18
Cometa

Estima-se que o cometa Bernardinelli-Bernstein, retratado nesta ilustração, tenha um tamanho cerca de 1.000 vezes maior do que um cometa típico.

Ilustração de NOIRLab, NSF, AURA, J. da Silva (Spaceengine)

A mais de 4.3 mil milhões de quilómetros do sol – 29 vezes mais longe do que a Terra está da nossa estrela – uma pequena porção de luz solar refletiu sobre algo que se dirige na nossa direção. Algo gelado. Algo inimaginavelmente antigo. Algo grande.

Cerca de quatro horas depois, na madrugada do dia 20 de outubro de 2014, um telescópio no Deserto de Atacama, no Chile, virou o seu olhar para os céus e captou uma fotografia enorme da região sul do céu noturno, captando indícios dessa luz refletida.

Porém, seriam necessários quase sete anos para os investigadores identificarem o estranho ponto de luz como sendo um enorme cometa primordial – possivelmente o maior cometa alguma vez estudado com telescópios modernos. Denominado Bernardinelli-Bernstein, este cometa foi anunciado em junho e os investigadores compilaram agora tudo o que sabem sobre o mesmo num artigo enviado para a revista The Astrophysical Journal Letters.

“O meu telefone não parava de tocar – não esperava esta receção por parte da comunidade [científica]”, diz Pedro Bernardinelli, investigador de pós-doutoramento na Universidade de Washington. Pedro Bernardinelli foi um dos investigadores que descobriu o cometa durante as semanas finais do seu doutoramento na Universidade da Pensilvânia, juntamente com Gary Bernstein, que na altura era o seu orientador. “No geral, a resposta tem sido avassaladora.”

As estimativas mais recentes colocam o núcleo do cometa em cerca de 150 quilómetros de largura. Esta é de longe a maior estimativa para um cometa em décadas. No outro lado do espectro, o cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, que a sonda Rosetta da Agência Espacial Europeia orbitou de 2014 até 2016, tinha apenas cerca de quatro quilómetros de largura.

“Estamos a passar de cometas do tamanho de uma cidade para cometas do tamanho de uma ilha”, diz Michele Bannister, astrónoma da Universidade de Canterbury, na Nova Zelândia, que não participou no estudo. O tamanho do cometa Bernardinelli-Bernstein pode até colocá-lo ao lado de alguns dos “grandes cometas” históricos, incluindo um cometa muito brilhante – e provavelmente enorme – que viajou para o interior do sistema solar em 1729.

Durante a próxima década, o cometa Bernardinelli-Bernstein irá ficar mais brilhante à medida que se aproxima do sistema solar interior, dirigindo-se para o plano das órbitas dos planetas vindo de baixo. A maior aproximação do cometa acontecerá no dia 21 de janeiro de 2031, quando deverá ficar a cerca de 1.6 mil milhões de quilómetros do sol, um pouco mais longe do que a distância média de Saturno. Depois, o cometa irá começar a sua longa retirada de regresso para os reinos exteriores do sistema solar, permanecendo visível pelo menos até à década de 2040, ou durante mais décadas.

Dependendo da quantidade de gás que liberta conforme o seu gelo vaporiza devido ao brilho do sol, o cometa Bernardinelli-Bernstein pode ficar tão brilhante no céu noturno quanto Titã, a maior lua de Saturno. Se assim for, o cometa deverá ser visível em 2031 com um telescópio amador minimamente decente.

Mas o cometa Bernardinelli-Bernstein também é notável pela distância a que estava do sol quando foi observado pela primeira vez. Este objeto gelado vem da nuvem de Oort, uma enorme névoa esférica de objetos que envolve o sol milhares de vezes mais longe do que a Terra.

Os astrónomos calculam que este cometa demora milhões de anos a circundar o sol. Até agora só foram descobertos três cometas de “período longo” vindos da nuvem de Oort, e o cometa Bernardinelli-Bernstein foi detetado quando ainda estava a mais de 4.3 mil milhões de quilómetros de distância, um recorde para um cometa. Como foi descoberto tão antecipadamente, uma geração de astrónomos terá a oportunidade de desvendar os seus mistérios.

Um ponto de luz na escuridão

Este cometa chamou a atenção da humanidade graças a uma câmara digital extremamente sensível instalada no Telescópio Blanco com quatro metros de largura, que faz parte do Observatório Interamericano de Cerro Tololo, no Deserto de Atacama, no Chile.

A referida câmara não estava especificamente à procura de objetos distantes no sistema solar – em vez disso, esta câmara é a principal fonte de dados do Dark Energy Survey, um esforço que, de 2013 até 2019, recolheu 80.000 exposições de vastas faixas da região sul do céu noturno. Este conjunto de dados transformou a demanda dos cientistas na compreensão da energia escura, uma força misteriosa que impulsiona a expansão acelerada do universo. Mas as imagens captadas para estudar a energia escura e outros fenómenos cósmicos também podem ser usadas para descobrir objetos muito mais próximos do nosso planeta.

Para a sua investigação de doutoramento, o objetivo de Pedro Bernardinelli era usar as imagens do Dark Energy Survey para encontrar objetos até então desconhecidos que orbitam o sol para além de Neptuno. Pedro tinha uma tarefa difícil. Cada imagem é tão massiva que, para exibir apenas uma imagem na sua resolução completa, seria necessária uma grelha de 275 televisores de alta definição. Pedro perscrutou dezenas de milhares destas imagens à procura de pontos de luz com alguns píxeis de largura.

Para ajudar nesta tarefa, Pedro escreveu um código de computador que pesquisou as imagens do Dark Energy Survey à procura de pontos que se moviam contra o pano de fundo das estrelas distantes. Após seis meses de cálculos exaustivos, executados num aglomerado de cerca de 200 computadores no Laboratório Nacional Fermilab de Illinois, o enorme conjunto de dados foi reduzido a uma lista final de 817 objetos recém-descobertos cujas órbitas não correspondiam a qualquer corpo conhecido no sistema solar. Na etapa final, Pedro Bernardinelli e Gary Bernstein verificaram esta lista manualmente para se certificarem de que o código estava a fazer o seu trabalho corretamente.

Foi então que se aperceberam do cometa – um objeto tão brilhante quanto alguns dos mundos de 160 quilómetros que estão para além de Neptuno, mas com uma órbita extrema que significa que deve ter origem a biliões de quilómetros do sol, encaixando-se no perfil de cometa de período longo.

“Encontrar o cometa foi como encontrar uma agulha num palheiro”, diz Gary. “Mas conseguimos descobri-lo, foi como a cereja no topo do bolo!”

Virar os telescópios para Bernardinelli-Bernstein

Pedro e Gary enviaram as suas evidências do cometa para o Minor Planet Center em Cambridge, Massachusetts, que atua como o repositório oficial do mundo para as órbitas de cometas, asteroides e outros pequenos corpos do sistema solar. No dia 19 de junho, o centro confirmou que o objeto era uma nova descoberta. Cinco dias depois, o objeto foi confirmado como um cometa e denominado Bernardinell-Bernstein em homenagem à dupla de investigadores.

As notícias da descoberta do cometa espalharam-se rapidamente. Em poucos dias, astrónomos do mundo inteiro começaram a virar os seus telescópios em direção ao objeto e a procurar nos seus arquivos para tentar encontrar outras imagens que pudessem ter passado despercebidas. Os investigadores encontraram rapidamente o cometa escondido em dados de arquivo de 2010, aperfeiçoando os cálculos sobre a precisão da sua órbita.

Cerca de 24 horas após o anúncio, várias equipas de astrónomos confirmaram que o cometa estava a libertar poeira e gás suficientes para fazer uma cauda visível, embora ainda estivesse a mais de 3.2 mil milhões de quilómetros do sol.

Os cometas só libertam muito material quando se aproximam do calor do sol, o que faz com que os compostos congelados se sublimem diretamente em gás. O cometa Bernardinell-Bernstein, porém, parece ser rico em produtores “voláteis” de gás que começam a sublimar até mesmo no espaço gelado para além de Neptuno. As observações sugerem que este objeto não pode ter passado muito tempo a “cozinhar” no sistema solar interior no seu passado – tornando-o potencialmente imaculado.

As pistas adicionais sobre a cauda do cometa surgiram de imagens captadas em 2018 e 2020 pelo TESS, um telescópio espacial operado pela NASA que procura exoplanetas e que também captou imagens deste novo cometa. Curiosamente, o cometa era muito mais brilhante nos dados do TESS do que nas imagens do Dark Energy Survey. A equipa percebeu que os píxeis do TESS cobriam áreas muito maiores de céu do que os píxeis do projeto Dark Energy Survey, o que significa que o cometa pode ter uma cauda enorme e extremamente difusa.

Pedro e Gary analisaram novamente os dados do Dark Energy Survey, juntando várias imagens do seu cometa homónimo para tentar identificar a cauda. Eventualmente, encontraram um sinal extremamente fraco escondido nos dados – e descobriram que o cometa tinha começado a libertar gás quando estava a 3.8 mil milhões de quilómetros do sol, quase 40% mais distante do que a distância média de Urano do sol.

Com o rastreio de como a cauda se alterou ao longo do tempo e como o cometa ficava mais brilhante à medida que se aproximava do sol, a equipa de Pedro Bernardinelli podia começar a modelar a química do cometa. Os cientistas descobriram que, dada a fraca luz do sol a uma distância tão extrema, o cometa deve estar a emitir dióxido de carbono ou gás nitrogénio.

“Isto é mesmo espetacular. Conseguimos observar isto do outro lado do sistema solar... e podemos fazer inferências incrivelmente fortes sobre a sua composição”, diz Ben Montet, coautor do estudo e cientista planetário da Universidade de Nova Gales do Sul em Sydney, na Austrália, que se especializou em dados do TESS. “É incrível o que conseguimos fazer com relativamente poucos fotões.”

Um futuro brilhante

Os cientistas já estão a tentar descortinar o que será necessário para visitar Bernardinelli-Bernstein com uma nave espacial. Por enquanto, não há missões oficiais agendadas, mas se as agências espaciais agirem depressa, uma missão pode intercetar o cometa em 2033 se for lançada o mais tardar em 2029.

Os investigadores também estão a trabalhar arduamente para decifrar o trajeto anterior do cometa através do sistema solar, para determinar de que forma foi alterado pelo sol. A equipa de Pedro Bernardinelli e Gary Bernstein calcula que, em 2031, o cometa irá ficar mais próximo do sol do que esteve em pelo menos três milhões de anos.

Contudo, perscrutar um passado mais profundo é extremamente difícil. Os cometas da nuvem de Oort estão tão distantes que as suas órbitas podem ser deslocadas por estrelas, o que significa que modelar as suas órbitas requer um mapeamento do movimento das estrelas na Via Láctea. Os novos dados sugerem que uma estrela particularmente problemática pode afetar qualquer esforço de rastreio da órbita do cometa.

Os cientistas sabem há vários anos que, há cerca de 2.8 milhões de anos, uma estrela semelhante ao sol chamada HD 7977 passou pelo sistema solar. Mas ninguém sabe exatamente por onde passou. Numa nova investigação enviada para a revista Astronomy & Astrophysics, os investigadores Piotr Dybczyński e Sławomir Breiter, da Universidade Adam Mickiewicz da Polónia, descobriram que nem sequer sabemos de que lado do sistema solar passou a HD 7977.

Esta incerteza significa que o puxão gravitacional dessa estrela nos cometas da nuvem de Oort ainda é pouco compreendido, com implicações potencialmente importantes para quando o cometa Bernardinelli-Bernstein se aventurou pela última vez no interior do sistema solar e quão perto esteve do sol.

As observações feitas à medida que o cometa se aproxima também podem alterar as estimativas das suas dimensões. A estimativa de 150 quilómetros tem por base o brilho atual do cometa, para além de modelos sobre a poeira e gás que o cometa emite. Mas calcular o tamanho do cometa com este método é uma tarefa complicada. Se os modelos de libertação de gás de um cometa estiverem incompletos, o núcleo pode parecer maior do que é na realidade.

“Eles fizeram um trabalho incrível, mas creio que provavelmente este objeto é um pouco mais pequeno do que alegam”, diz Luke Dones, especialista em cometas do Instituto de Pesquisa Southwest em Boulder, no Colorado.

Mas também há boas notícias. O cometa Bernardinelli-Bernstein oferece aos astrónomos um luxo raro: tempo. O Observatório Vera C. Rubin no Chile, que está previsto começar a operar em 2023, vai conseguir rastrear este objeto durante pelo menos a próxima década ou mais. Este telescópio de última geração vai transformar a nossa visão do sistema solar – e provavelmente descobrir muitos mais cometas como Bernardinelli-Bernstein.

Enquanto isso, à medida que o cometa recém-descoberto se dirige na nossa direção, cientistas e pessoas de todo o mundo poderão virar os seus telescópios para o céu noturno e ver um visitante extraordinário: uma enorme bola de gelo com uma cauda muito grande e nebulosa atrás de si. “Deve ser espetacular”, diz Ben Montet.
 

Este artigo foi publicado originalmente em inglês no site nationalgeographic.com

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