Um minúsculo universo dentro de uma garrafa revela pistas sobre as origens da vida

Cientistas recriaram poeira cósmica em um frasco, oferecendo uma nova perspectiva sobre como os ingredientes da vida podem ter se formado entre as estrelas.

Por Universidade de Sydney com informações de Science Daily.

Um estudante de doutorado em Sydney produziu poeira cósmica do zero, recriando um pequeno fragmento do universo dentro de um frasco de laboratório. O experimento oferece novas pistas sobre como alguns dos ingredientes químicos associados à vida podem ter se desenvolvido antes mesmo da formação da Terra.

Linda Losurdo, candidata a doutorado em física de materiais e plasmas na Escola de Física, combinou nitrogênio, dióxido de carbono e acetileno para simular as condições energéticas encontradas perto de estrelas e remanescentes de supernovas.

Em seguida, ela expôs os gases a uma poderosa carga elétrica. O processo criou poeira rica em carbono, semelhante ao material que flutua pelo espaço interestelar e é preservado dentro de cometas, asteroides e meteoritos.

Os resultados foram publicados no The Astrophysical Journal da American Astronomical Society .

Pó Cósmico com Elementos Essenciais da Vida

A poeira de laboratório contém combinações complexas de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. Juntas, essas moléculas são conhecidas como moléculas CHON e estão presentes em muitas substâncias orgânicas consideradas importantes para a vida.

“Não precisamos mais esperar que um asteroide ou cometa chegue à Terra para entendermos suas histórias”, disse a Sra. Losurdo. “Podemos construir ambientes análogos em laboratório e fazer engenharia reversa de sua estrutura usando as impressões digitais infravermelhas.”

“Isso pode nos dar uma visão enorme de como a ‘poeira cósmica carbonácea’ pode se formar no plasma expelido por estrelas gigantes e antigas ou em berçários cósmicos onde as estrelas estão nascendo, e distribuir essas moléculas fascinantes que podem ser vitais para a vida.”

“É como se tivéssemos recriado um pedacinho do Universo em uma garrafa, em nosso laboratório.”

No espaço, a poeira cósmica se forma sob condições extremas. As moléculas são atingidas repetidamente por íons e elétrons, desencadeando reações químicas que podem criar materiais cada vez mais complexos.

Os astrônomos identificam diferentes tipos de poeira cósmica estudando a luz infravermelha que ela emite. Esses sinais funcionam como impressões digitais moleculares, permitindo que os pesquisadores determinem a estrutura química do material.

As amostras de laboratório de Losurdo produziram as mesmas assinaturas infravermelhas características observadas no espaço. Essa correspondência indica que o experimento reproduz fielmente os processos que se acredita ocorrerem em ambientes cósmicos reais.

Rastreando as Origens dos Elementos Fundamentais da Vida

Como a vida começou na Terra continua sendo uma das maiores questões não respondidas da ciência. Os pesquisadores continuam investigando se as primeiras moléculas orgânicas se formaram no jovem planeta, chegaram a bordo de cometas e meteoritos, foram trazidas enquanto o sistema solar ainda estava se formando ou resultaram de uma combinação dessas possibilidades.

De aproximadamente 4,56 bilhões a 3,5 bilhões de anos atrás, meteoritos, micrometeoritos e partículas de poeira interplanetária provenientes de asteroides e cometas atingiram a Terra repetidamente. Os cientistas acreditam que esses objetos transportaram enormes quantidades de material orgânico para a superfície.

No entanto, ainda não se sabe ao certo onde esse material se formou originalmente e quais processos o criaram.

“Acredita-se que o carbono e o hidrogênio ligados covalentemente em materiais de cometas e asteroides tenham se formado nos envelopes externos das estrelas, em eventos de alta energia como supernovas e em ambientes interestelares”, disse a Sra. Losurdo.

“O que estamos tentando entender são as vias químicas e as condições específicas que incorporam todos os elementos CHON nas estruturas orgânicas complexas que vemos na poeira cósmica e nos meteoritos.”

Recriando o espaço dentro de tubos de vidro

Losurdo conduziu o experimento com seu orientador, o professor David McKenzie. Os pesquisadores primeiro usaram uma bomba de vácuo para remover o ar de tubos de vidro, produzindo condições que se aproximavam do vazio do espaço.

Em seguida, os tubos foram preenchidos com nitrogênio, dióxido de carbono e acetileno. Durante aproximadamente uma hora, a mistura gasosa foi submetida a um potencial elétrico de cerca de 10.000 volts. Isso criou uma forma de plasma chamada descarga luminescente.

A intensa energia separou as moléculas originais. Seus componentes então se recombinaram em estruturas químicas maiores e mais complexas.

Com o tempo, o material recém-formado depositou-se em chips de silício colocados dentro dos tubos, deixando para trás uma fina camada de poeira. Em algumas amostras, as partículas coletadas assemelhavam-se a fragmentos brilhantes de material cósmico.

McKenzie, coautor do estudo, afirmou que a produção dessa poeira na Terra permite aos cientistas o acesso a condições que não podem ser facilmente examinadas diretamente no espaço.

“Ao produzir poeira cósmica em laboratório, podemos explorar a intensidade dos impactos iônicos e as temperaturas envolvidas na formação de poeira no espaço”, disse o professor McKenzie. “Isso é importante para entendermos os ambientes dentro das nuvens de poeira cósmica, onde se acredita que ocorram reações químicas relevantes para a vida.”

“Isso também nos ajuda a interpretar o que um fragmento de meteorito ou asteroide passou ao longo de sua vida. Sua assinatura química guarda um registro de sua jornada, e experimentos como este nos ajudam a aprender a ler esse registro.”

Construindo um banco de impressões digitais para astrônomos

A pesquisa pode fazer mais do que esclarecer como as moléculas relacionadas à vida se formaram. A equipe também planeja reunir um banco de dados detalhado de impressões digitais infravermelhas produzidas por diferentes tipos de poeira cósmica criada em laboratório.

Os astrônomos poderiam comparar esses sinais com observações de regiões de formação estelar e restos de estrelas mortas. Um sinal correspondente poderia revelar onde certas formas de poeira estão sendo produzidas e ajudar os pesquisadores a reconstruir os processos físicos e químicos que ocorrem nesses locais.

O banco de dados também poderia aprimorar a capacidade dos cientistas de interpretar a história registrada dentro de meteoritos e fragmentos de asteroides. Sua composição química pode preservar evidências das temperaturas, da radiação e dos impactos de partículas que sofreram durante suas jornadas pelo espaço.

Ao reproduzir a química cósmica em laboratório, o estudo oferece aos pesquisadores uma nova maneira de investigar processos que ocorrem nas profundezas dos ambientes estelares. Ele também pode elucidar algumas das etapas químicas ancestrais que eventualmente contribuíram para o surgimento da vida na Terra.

Losurdo recebeu o prêmio de melhor apresentação por esta pesquisa na Reunião Anual Internacional da Sociedade Meteorítica no final do ano passado.

Os autores declararam não haver conflitos de interesse. Agradeceram o apoio do núcleo da Universidade de Sydney da Microscopy Australia e o financiamento do trabalho concedido pelo Conselho Australiano de Pesquisa.

Fonte da história:
Materiais fornecidos pela Universidade de Sydney. Observação: o conteúdo pode ser editado em termos de estilo e extensão.

Referência do periódico :
Linda R. Losurdo, David R. McKenzie. Carbonaceous Cosmic Dust Analogs Distinguish between Ion Bombardment and Temperature. The Astrophysical Journal, 2026; 997 (2): 335 DOI: 10.3847/1538-4357/ae2bfe

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