A Lua da Terra pode ter levado apenas horas para se formar a partir de uma bagunça de destroços

Traduzido por Julio Batista
Original de Ben Turner para a Live Science

Desde meados da década de 1970, os astrônomos pensavam que a Lua poderia ter sido formada por uma colisão entre a Terra e um antigo protoplaneta do tamanho de Marte chamado Theia; o impacto colossal teria criado um enorme campo de detritos a partir do qual nossa companheira lunar se formou lentamente ao longo de milhares de anos. Mas uma nova hipótese, baseada em simulações de supercomputadores feitas em uma resolução mais alta do que nunca, sugere que a formação da Lua pode não ter sido um processo lento e gradual, mas que ocorreu em apenas algumas horas.

Os cientistas publicaram suas descobertas em 4 de outubro na revista The Astrophysical Journal Letters. “O que aprendemos é que é muito difícil prever quanta resolução você precisa para simular essas colisões violentas e complexas de forma confiável – você simplesmente precisa continuar testando até descobrir que aumentar ainda mais a resolução deixa de fazer diferença na resposta que você obter”, disse Jacob Kegerreis, cosmólogo computacional da Universidade de Durham, na Inglaterra, à Live Science.

Os cientistas obtiveram as primeiras pistas sobre a criação da Lua após o retorno da missão Apollo 11 em julho de 1969, quando os astronautas da NASA Neil Armstrong e Buzz Aldrin trouxeram 21,6 quilos de rocha lunar e poeira de volta à Terra.

As amostras datam de cerca de 4,5 bilhões de anos atrás, colocando a criação da Lua no período turbulento de aproximadamente 150 milhões de anos após a formação do Sistema Solar. Outras pistas apontam que nosso maior satélite natural nasceu de uma violenta colisão entre a Terra e um planeta hipotético, que os cientistas batizaram em homenagem à mítica titã grega Theia – a mãe de Selene, deusa da Lua.

Essa evidência inclui semelhanças na composição das rochas lunares e terrestres; a rotação da Terra e a órbita da Lua com orientações semelhantes; o alto momento angular combinado dos dois corpos; e a existência de discos de detritos em outras partes do nosso Sistema Solar.

Mas exatamente como a colisão cósmica aconteceu está em debate. A hipótese convencional sugere que, quando Theia colidiu com a Terra, o impacto destruidor do planeta quebrou Theia em milhões de pedaços, reduzindo-o a escombros flutuantes.

Os restos quebrados de Theia, juntamente com algumas rochas vaporizadas e gás arrancado do manto do nosso jovem planeta, lentamente se misturaram em um disco em torno do qual a esfera derretida da Lua coalesceu e esfriou ao longo de milhões de anos.

No entanto, algumas partes do quadro permanecem indescritíveis. Uma questão pendente é por que, se a Lua é composta principalmente de Theia, muitas de suas rochas têm semelhanças impressionantes com as encontradas na Terra?

Alguns cientistas sugeriram que mais rochas vaporizadas da Terra foram usadas para criar a Lua do que os remanescentes pulverizados de Theia, mas essa ideia apresenta seus próprios problemas, como por que outros modelos sugerem que uma Lua feita principalmente de rochas terrestres desintegradas teria uma órbita muito diferente do que vemos hoje. Para investigar diferentes cenários possíveis para a formação da Lua após a colisão, os autores do novo estudo recorreram a um programa de computador chamado SWIFT, projetado para simular de perto a complexa e em constante mudança da rede gravitacional e forças hidrodinâmicas que atuam sobre grandes quantidades de matéria.

Fazer isso com precisão não é uma tarefa computacional simples, então os cientistas usaram um supercomputador para executar o programa: um sistema apelidado de COSMA (abreviação de “máquina de cosmologia”) na instalação de Pesquisa Distribuída de Uso de Computação Avançada (DiRAC, na sigla em inglês) da Universidade de Durham.

Ao usar o COSMA para simular centenas de colisões Terra-Theia com diferentes ângulos, rotações e velocidades, os detetives lunares foram capazes de modelar as consequências do colapso astronômico em resoluções mais altas do que nunca.

As resoluções nessas simulações são definidas pelo número de partículas que a simulação usa. De acordo com Kegerreis, para impactos gigantescos, a resolução padrão da simulação geralmente fica entre 100.000 e 1 milhão de partículas, mas no novo estudo, ele e seus colegas pesquisadores conseguiram modelar até 100 milhões de partículas.

“Com uma resolução mais alta, podemos estudar mais detalhes – assim como um telescópio maior permite tirar imagens de alta resolução de planetas ou galáxias distantes para descobrir novos detalhes”, disse Kegerreis.

“Em segundo lugar, talvez ainda mais importante, usar uma resolução muito baixa em uma simulação pode fornecer respostas enganosas ou simplesmente erradas”, acrescentou.

“Você pode imaginar você construindo um modelo de carro com blocos de brinquedo para simular como o carro pode quebrar em um acidente. Se você usar apenas algumas dúzias de blocos, ele pode se dividir perfeitamente no meio. Mas com alguns milhares ou milhões, então ele pode amassar e quebrar de uma maneira mais realista.”

A simulação de alta resolução deixou os pesquisadores com uma Lua que se formou em questão de horas a partir dos pedaços ejetados da Terra e dos pedaços estilhaçados de Theia, oferecendo uma teoria de formação de estágio único com uma resposta limpa e elegante às propriedades visíveis da Lua, como sua órbita larga e inclinada; seu interior parcialmente fundido; e sua crosta fina.

No entanto, os pesquisadores terão que examinar amostras de rocha e poeira escavadas nas profundezas da superfície da Lua – um objetivo das futuras missões Artemis da NASA – antes que possam confirmar o quão misturado seu manto pode ser.

“Ainda mais amostras da superfície da Lua podem ser extremamente úteis para fazer descobertas novas e mais confiantes sobre a composição e evolução da Lua, que podemos rastrear para simulações de modelos como a nossa”, disse Kegerreis.

“Missões e estudos como esses e muitos outros nos ajudam a descartar mais possibilidades e restringir o que sabemos da história real da Lua e da Terra, e aprender mais sobre como os planetas se formam em todo e além do nosso Sistema Solar”.

Tais investigações também podem esclarecer como a Terra tomou forma e se tornou um planeta que abriga vida.

“Quanto mais aprendemos sobre como a Lua surgiu, mais descobrimos sobre a evolução de nossa própria Terra”, disse o coautor do estudo Vincent Eke, professor associado de Física da Universidade de Durham, em comunicado. “Suas histórias estão entrelaçadas – e podem ecoar nas histórias de outros planetas alterados por colisões semelhantes ou muito diferentes”.