Limpando o ambiente com rejeitos

Resíduos de mineração são um dos maiores contaminantes do meio ambiente. Eles podem se constituir em (i) lama, resíduos químicos e material arenoso gerados durante a concentração do minério são armazenados principalmente em barragens de rejeitos e em (ii) resíduos de terra (rochas, solo e/ou sedimentos) removidos durante o processo de escavação para acessar o minério, que se acumulam em pontas de entulho (ou pilhas de despejo). Na região amazônica a extração da bauxita é um problema particularmente sério. Assim, a possibilidade de conseguir alguma aplicação para os rejeitos da bauxita possui um importante apelo.

A bauxita é composta por alguns óxidos de alumínio, gibbsita Al(OH)₃, boehmite γ-AlOOH e o diásporo α-AlO(OH), misturado com os óxidos de ferro goethita e hematita, além de caulinita, argila mineral e pequenas quantidades de anatase, que é o óxido  de titânio. No trabalho de Ref. [1] apresenta-se um estudo no qual os resíduos de lavagem de bauxita - que constituem-se em rejeitos de mineração - da região amazônica brasileira foram explorados como precursores de baixo custo para a preparação de hidróxidos duplos do tipo piroaurita (Mg - Fe - Al - NO3) para ser utilizado como nanoadsorbente. O material obtido, após uma série de caracterização de suas propriedades físico-químicas, foi testado quanto à remoção de eritrosina B de soluções aquosas. 

Os efeitos nocivos causados pelos rejeitos de mineração vão desde metais ressuspensos no ar, como poeira de produtos químicos do processamento do minério, até a contaminação do solo por metais pesados e a eventual ruptura de barragens de rejeitos, como em Mariana e Brumadinho. Portanto, a reutilização ou reconversão de rejeitos de mineração em materiais de alto valor agregado têm sido buscado nos últimos tempos. Entre os inúmeros tipos de rejeitos de mineração gerados a cada ano, os resíduos da lavagem da bauxita foram considerados, juntamente com a lama vermelha proveniente do processamento de bauxita em alumina usando o processo Bayer, como potenciais candidatos para reutilização em larga escala devido ao enorme impacto ambiental causado pela extensa mineração em todo o mundo. Os resíduos da lavagem da bauxita são subprodutos do refino do mineral de alumínio decorrente da desagregação de materiais secundários (por exemplo, argila) e separação granulométrica durante o processo de beneficiamento mineral. O alto teor de Fe, Al, sílica e, em menor grau, o Ti, permite que materiais como a lama vermelha possuam propriedades únicas (superfície de alta especificidade, porosidade, etc.) a serem sintetizados a partir de tais rejeitos.

No trabalho da Ref. [1] estudou-se a adsorção da eritrosina B (EB) por resíduos da bauxita. Este composto foi escolhido entre diferentes corantes para ser adsorvido por várias razões. Primeiramente, o EB é empregado para colorir uma ampla gama de produtos como tecidos (lã, seda e nylon), farmacêuticos, cosméticos, alimentos, etc. Apesar de seu uso quase onipresente, são conhecidos diversos efeitos prejudiciais da EB na saúde humana (suspeita de carcinogenicidade, liberação de iodo afetando a atividade da tireóide, reação alérgica nos olhos, etc). Em segundo lugar, o EB pertence a uma classe de corantes (os corantes xantenos) que são notoriamente recalcitrantes (principalmente devido à sua alta solubilidade em água) para tratamentos convencionais de águas residuais (por exemplo, lodo ativado biológico). Assim, a investigação da adsorção da EB com material nanoestruturado oriundo do resíduo da bauxita pode ser uma interessante alternativa para limpeza do ambiente contaminado com esse tipo de corante.

[1] From mining waste to environmetal remediation: a nanoadsorbent from Amazon bauxite tailings for the removal of erythrosine B dye, R.S. Nascimento, J.A.M. Corrêa, B.A.M. Figueira, P.A. Pinheiro, J.H. Silva, P.T.C. Freire, S. Quaranta, Applied Clay Science 222, 106482 (2022).

Estudando fósseis com raios-X

Os fósseis são objetos de grande interesse geológico e biológico devido ao fato de fornecerem informações sobre como era a vida no nosso planeta há milhões de anos. Existem diversas maneiras de se estudar esse tipo de material. Entre as várias metodologias há a possibilidade de se estudar essas amostras utilizando técnicas de caracterização físico-químicas (uma postagem que já discutiu os fósseis nesse blog foi publicada em 11/10/2016). Aqui, em particular, relembramos um trabalho apresentado há 15 anos por um grupo de pesquisadores do Ceará, do Maranhão e de São Paulo, no qual se mostrou que é possível investigar algumas características dos fósseis através de técnicas experimentais de absorção no infra-vermelho e difração de raios-X. Reproduzimos abaixo uma figura de um fóssil da Bacia do Araripe (período Cretáceo) e o resumo da comunicação científica apresentada no LASMAC2007, 1o. Simpósio Latino Americano sobre Métodos Físicos e Químicos em Arqueologia, Arte e Conservação de Patrimônio Cultural, que ocorreu em São Paulo, SP, Brasil, 11 a 16 de julho de 2007, no MASP – Museu de Arte de São Paulo “Assis Chateaubriand”.

Após alguns anos, muitos estudos em fósseis têm utilizado as mesmas técnicas. Um exemplo curioso é o trabalho apresentado na Ref. [1] em que foram investigados coprólitos (fezes fossilizadas) coletadas em dois diferentes locais pertencentes ao Permiano da Era Paleozóica. O primeiro é da Formação Pedra do Fogo, da Bacia do Parnaíba e o segundo é da Formação Rio do Rastro, da Bacia do Paraná. A pesquisa contou com a colaboração de pesquisadores do Maranhão, Piauí, Ceará e Rio Grande do Sul. Nela, forma utilizadas além das técnicas de difração de raios-X e espectroscopia no infravermelho, as espectroscopias Raman e de energia dispersiva. O objetivo do trabalho foi entender os processos de fossilização e tentar discutir aspectos relacionados aos hábitos alimentares dos animais que geraram os referidos coprólitos, provavelmente peixes cartilaginosos. O estudo mostra que embora os fósseis sejam de formações geológicas que se encontram a cerca de 3000 km uma da outra, as fases cristalinas majoritárias e a análise de elementos são semelhantes. As principais fases encontradas foram a hidroxiapatita, a calcita, a sílica e a hematita, indicando que a fossilização aconteceu sob condições similares via processos de silicificação e calcinação.

Figura 1: Coprólitos da (a) Formação Pedra do Fogo e (b) Formação Rio do Rastro [1].

Outro estudo com fósseis da Formação Pedra do Fogo foi realizado com troncos de plantas gimnorpermas [2]. Na região da Formação Pedra do Fogo existem muitos fósseis de plantas que foram preservados na posição de vida. Os troncos fossilizados foram analisados por espectroscopia vibracional (Raman e infravermelho), microscopia eletrônica de varredura (SEM/EDS) e difração de raios-X. Amostras de diferentes localidades foram escolhidas para se identificar e caracterizar compostos dos materiais fossilizados. Os estudos indicaram a presença dominante de sílica e confirmaram que o principal processo de fossilização é a silicificação por quartzo com contribuição adicional do carbono amorfo.

Figura 2: Fósseis de troncos de gimnospermas da Formação Pedra do Fogo [2].

Para encerrar essa rápida discussão sobre o uso dos raios-X no estudo de fósseis, registramos também o trabalho apresentado na Ref. [3]. Nele foram estudados diversos ossos do Eoceno (Período Paleoceno, Era Cenozóica) encontrados na Gruta do Urso Fóssil, no Parque Nacional de Ubajara, Serra da Ibiapaba, no interior do estado do Ceará. Nessa investigação, além das técnicas de difração de raios-X e espectroscopia infravermelho, também foi utilizada a técnica de fluorescência de raios-X. Com essa última metodologia experimental é possível determinar a quantidade dos elementos químicos presentes nas amostras, enquanto que com as outras duas técnicas é possível identificar as substâncias químicas existentes, como já demonstrado.  

Referências:

[1] Physicochemical analysis of Permian coprolites from Brazil, M.I.C. Rodrigues, J.H. da Silva, F.E.P. Santos, P. Dentzien-Dias, J.C. Cisneros, A.S. de Menezes, P.T.C. Freire, B.C. Viana, Spectrochimica Acta A 189, 93 – 99 (2018).

[2] Spectroscopic studies on Permian plant fóssil in the Pedra de Fogo Formation from the Parnaíba Basin, Brazil, D.M. da Conceição, J.H. da Silva, J.C. Cisneros, R. Iannuzzi, B.C. Viana, G.D. Saraiva, J.P. Sousa, P.T.C. Freire, Journal of King Saud University – Science 30, 483-488 (2018).

[3] Spectroscopic characterization of Eoholocene bones found in a cave in Northest Brazil, P.V. Oliveira, M.S.S. Viana, O.A. Barros, P.T.C. Freire, F.I. Bezerra, S.B.S. Gusmão, B.C. Viana, J.H. Silva, Journal of Spectroscopy 2018, Article ID 5039198 (2018).

Johannes

Hoje comemoram-se os 450 anos de nascimento do grande matemático Johannes Kepler. Nasceu em Weil der Stadt, na Alemanha, em 27 de dezembro de 1571. Estudou em Leonberg, Adelberg, Maulbronn e Tübinger. Depois ensinou matemática em Graz, na Áustria. A viagem a essa cidade, foi uma aventura, na verdade. Viajou de Tübinger até Ulm a cavalo. De Ulm (cidade onde posteriormente nasceria Albert Einstein) até a cidade de Linz ele foi de barco e, finalmente, de Linz até Graz viajou de carroça. Trabalhou ainda em Praga, em Linz, viveu em Ulm e morreu em Regensburg, em 1630. Foi autor de diversas obras, muitas delas impressas a custo de muito sacrifício financeiro, entre elas "Mysterium Cosmographicum", "Astronomiae Pars Optica", "Astronomiae Nova" e "Harmonices Mundi". Sua principal descoberta foram as hoje conhecidas 'leis de Kepler', que descrevem com muito detalhe como é o movimento dos planetas em torno do Sol, descoberta essa realizada várias décadas antes de Newton descobrir a lei da gravitação universal [1].

[1] Para uma discussão acerca das leis de Kepler, olhar nesse blog o que foi publicado em 15/12/2012 no endereço:  http://jangadaeletronica.blogspot.com/2012/12/kepler-e-os-primordios-da-teoria-da.html

A dualidade onda-partícula

Um dos aspectos conceituais básicos da chamada interpretação de Copenhague da mecânica quântica é a de que existe uma dualidade onda-partícula, segundo a qual os objetos ao nível nanoscópico como elétrons, prótons, átomos, fótons, etc, se comportariam como onda ou como partícula de acordo com as situações físicas estudadas. De acordo com muitos pesquisadores, entretanto, partícula é algo que não existe no nível de dimensões dos elétrons, por exemplo, assim como não existem órbitas quantizadas, nuvens de elétrons pontuais, etc. Como apontado por J.P. Ralston [1], Wolfgang Pauli em uma carta escrita a Einstein, afirma que a existência de um elétron pontual em uma posição restrita do espaço (sharp position) foi uma criação realizada fora das leis da natureza. Como mostrado na Ref. [1] tanto a escala de tempo quanto as dimensões envolvidas no efeito fotoelétrico, para ficar apenas num fenômeno, são completamente inconsistentes com um ‘fóton’ sendo localizado em qualquer local na escala do átomo. Assim, a pontualidade da transição verificada no efeito fotoelétrico com uma luz muito bem definida seria devida a uma resposta ressonante do átomo, como se fosse um nanodetector, e não a fótons (ou partículas com energia concentrada). Essa crítica à dualidade onda-partícula está muito bem expressa no parágrafo abaixo (em tradução livre do texto em inglês) reproduzido da Ref. [1]:

O padrão de substituição de cálculos por padrões verbais sem correspondência é bizarro. Alguém deve ter se beneficiado com isso. Aqui está uma analogia. Depois de milhares de anos, as pessoas finalmente descobriram equações para astronomia que realmente descrevem o movimento planetário. A descoberta de que os planetas são rochas deveria ter eliminado a teoria de que os planetas são demônios, mas não o fez. Eram muitos pessoas ganhando a vida com demônios, e o negócio de demônios nunca deixou de ser lucrativo. Hoje em dia a mecânica celeste é usada para fazer horóscopos de alta precisão para pessoas ricas supersticiosas, que pagam para acreditar que planetas são demônios. A interpretação Horoscópica da mecânica celeste usa suposições demoníacas para interpretar o que quer que um planeta de rocha possa estar fazendo em palavras demoníacas. O fato de nenhum demônio aparecer em qualquer lugar de qualquer equação, enquanto tão vividamente imaginado na interpretação, é considerado a prova de que os demônios são muito complicados. Cada planeta tem um aspecto de demônio e um aspecto de rocha, totalmente complementares, então quando você vê um aspecto, você não pode ver o outro. A maior sabedoria da interpretação Horoscópica é que os planetas são ambos e nem pedras e demônios ao mesmo tempo. Nenhum cérebro humano macroscópico pode compreendê-lo completamente^*.

[1] J.P. Ralston, How to understand quantum mechanics, Morgan & Claypoll Publishers (2018).

* Original: The pattern of replacing calculations by verbal patterns that don’t match is bizarre. Someone must have benefited. Here is an analogy. After thousands of years people finally discovered equations for astronomy that actually describe planetary motion. The discovery that planets are rocks should have killed the theory that planets are demons, but it did not. There were too many people making a living off demons, and the demon business never stopped being profitable. Nowadays celestial mechanics is used to make high precision horoscopes for superstitious rich people, who pay money to believe planets are demons. The Horoscopic interpretation of celestial mechanics uses demon-assumptions to interpret whatever a rock planet might be doing in demon-words. The fact no demon appears anywhere in any equation, while so vividly imagined in the interpretation, is held to be proof that demons are very tricky. Every planet has a demon aspect, and a rock aspect, totally complementary, so when you see one aspect you cannot see the other. The greatest wisdom of the Horoscopic interpretation is that planets are both and neither rocks and demons at the same time. No macroscopic human brain can fully comprehend it. J.P. Ralston.

Centenário de um divulgador de Astronomia

Esse ano comemora-se o centenário de nascimento do Prof. Rubens de Azevedo, fundador da Sociedade Brasileira dos Amigos da Astronomia (SBAA), ainda nos idos de 1947. Rubens de Azevedo foi professor na Universidade Estadual do Ceará e autor de diversos livros de divulgação como "Lua, degrau para o infinito", "Selene, a lua ao alcance de todos", "Na era da Astronáutica", "No mundo da estelândia", entre outros. Fundou o Observatório Astronômico da Paraíba e foi colaborador do Observatório do Capricórnio (inicialmente em São Paulo e posteriormente transferido para Campinas) quando ainda era dirigido pelo seu fundador, Jean Nicolini. Rubens de Azevedo é autor do primeiro mapa da Lua desenhado no Brasil, numa época em que a fotografia astronômica era uma atividade bastante incipiente. Participou de um programa internacional de observação dos chamados TLP (Transient Lunar Phenomena) que trata-se de brilhos excepcionais e ocasionais verificados em algumas crateras lunares. Durante as missões Apolos, no final da década de 1960, o professor Rubens de Azevedo colaborou com a observação da superfície lunar, conseguindo observar um vale que aparentemente estava ligado à cratera Grimaldi. Posteriormente esse vale foi confirmado por observações realizadas pelos astronautas enquanto sobrevoavam o nosso satélite.

Conheci o Prof. Rubens de Azevedo nas seguintes circunstâncias. Em 1977 havia uma coluna semanal de Astronomia no Jornal O Povo, de Fortaleza, denominada Cosmos e assinada pelo astrônomo amador Cláudio Pamplona. Meu pai levava periodicamente para casa a página dessa coluna. Em uma ocasião, Cláudio Pamplona informou que iniciaria um curso de astronomia popular, ou seja, para qualquer interessado sobre o assunto, na Casa de Juvenal Galeno, no centro de Fortaleza. A Casa de Juvenal Galeno era um espaço cultural onde havia reunião de poetas, músicos, pintores, e nas quartas feiras à noite se reuniam os sócios da SBAA. Meu pai se prontificou a ir comigo participar desse curso, e o frequentamos durante todo o ano (e em anos seguintes). A maior parte das aulas era ministrada pelo Prof. Rubens de Azevedo e algumas vezes havia também observações com pequenas lunetas, que se não me falha a memória, eram levadas pelo Prof. Rubens e pelo Cláudio Pamplona. As aulas eram bastante básicas porque o público era também muito eclético: havia estudantes do ensino fundamental como eu; um técnico em contabilidade, que era o meu pai; jornalistas; advogados; um juíz de direito, Marijeso Benevides; um torneiro mecânico; um general do exército; estudantes do ensino médio; engenheiros; professores de diversas disciplinas, entre outros. Muito didático, o professor Rubens de Azevedo falava de temas como o movimento dos planetas, as estações do ano, história da astronomia, coordenadas celestes, a Lua - que era a sua especialidade, o brilho das estrelas. Mensalmente ele distribuía com os sócios o periódico Zodíaco (um informativo mimeografado mensalmente por ele próprio) que na época era o órgão de divulgação tanto da SBAA quanto da UBA, União Brasileira de Astronomia, que por aqueles dias estava ancorada em Fortaleza também sob a presidência do Prof. Rubens.

O professor Rubens de Azevedo tinha verdadeira satisfação em divulgar a Astronomia. Lembro-me particularmente, que uns três anos após esse curso, visitava-o todas as tardes de sábado na sua casa, que ficava na rua Solón Pinheiro, 1580. O prof. Rubens possuía duas grandes bibliotecas, uma dedicada à Astronomia e uma outra dedicada a outros assuntos que também o apaixonavam, como a pintura, a música, a história, a cartografia, a arqueologia e a geografia. Ele deixava-me à vontade para pegar e ler os livros que quisesse durante aquelas tardes que transcorriam numa rapidez incrível. Às vezes eu tomava um café no final da tarde com ele e com sua sempre simpática esposa, D. Jandira Carvalho, embora a maioria das vezes eu recusasse o convite para não perturbar muito o velho mestre. Se eu tivesse dúvida sobre um determinado assunto, com muita paciência ele explicava, conectando a sua explicação a outras áreas do conhecimento. 

Em julho de 1978 ocorreu o II Encontro de Astronomia do Nordeste, em Recife, sob a coordenação do Pe. Jorge Polman, um entusiasta da Astronomia em Pernambuco. O Prof. Rubens de Azevedo iria participar do encontro indo de carona com o juiz de Direito Marijeso Benevides. Então iriam o juiz, sua esposa, o Prof. Rubens e a D. Jandira. Como sobrava um espaço no carro, consegui convencer o meu pai que seria interessante eu participar desse encontro e meu pai conseguiu convencer o Prof. Rubens de me levar com eles. Lembro-me que a viagem foi bastante agradável, o Prof. Rubens contando sua experiência de astrônomo amador e de participante de outros congressos de astronomia, falando sobre algumas histórias do seu pai, o poeta Otacílio de Azevedo, que havia falecido há poucos meses... O carro era um Fiat 147, acho que acabara de ser lançado. Na viagem paramos em Natal, onde visitamos um amigo do Prof. Rubens, Dr. Antonio Soares Filho, e depois rumamos para Recife. Na volta lembro-me que passamos em João Pessoa, que era uma cidade que o Prof. Rubens já havia morado e que ele gostava bastante (Foto 1).

Foto 1: Dr. Marijeso Benevides, esposa do Dr. Marijeso, eu e o Prof. Rubens de Azevedo em João Pessoa, 1978, no nosso retorno do II Encontro de Astronomia do Nordeste (foto D. Jandira Carvalho).

O II Encontro de Astronomia do Nordeste foi bastante marcante. O Prof. Rubens de Azevedo, se não me falha novamente a memória, falou da utilização do desenho nas observações astronômicas. Falaram também o Pe. Jorge Polman, o astrônomo Ronaldo Rogério de Freitas Mourão, além de outros astrônomos amadores de várias cidades do Nordeste (eu tinha um pequeno caderno onde fiz anotação sobre as várias palestras mas, infelizmente, o perdi). Após as apresentações as pessoas saíam e conversavam nos corredores, para mim era uma novidade interessante. Nesse encontro os organizadores também mimeografaram alguns textos e colocaram à venda para os participantes. Num desses intervalos fui olhar um dos materiais e lá encontrei o Sr. Francisco Coelho Filho, astrônomo amador cearense, e Ronaldo Rogério Mourão, astrônomo do Observatório Nacional no Rio de Janeiro (Foto 2). Há muitas outras histórias, noutra oportunidade retomo o tema.

Foto 2: No primeiro plano atrás da bancada: eu, Francisco Coelho Filho e Ronaldo Rogério de Freitas Mourão (II Encontro de Astronomia do Nordeste, Recife-PE, 1978).

Adendo em 30/10/2021: Nesta sexta-feira (29), véspera do que seria seu centésimo aniversário, foi anunciado pela International Astronomical Union (Minor Planet Center) que o asteroide 84342 [2002 TP64], descoberto por Charles Juels e pelo brasileiro Paulo Holvorcem em 05/10/2002, acaba de ser nomeado oficialmente como (84342) Rubensdeazevedo. 

Oumuamua

Oumuamua na língua dos havaianos significa "batedor", ou seja, aquele que vai à frente averiguando a estrada e abrindo caminho para os companheiros que vêm logo atrás. Esse foi o nome escolhido para se batizar um objeto, que à princípio parecia ser um cometa, mas posteriormente foi reclassificado como um asteróide, e finalmente como um objeto interestelar. Ele foi descoberto por Robert Weryk em 19 de outubro de 2017 utilizando o telescópio Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS) quando ele se encontrava a cerca de 30 milhões de quilômetros da Terra. Ele tem como característica apresentar uma órbita altamente hiperbólica, com excentricidade de 1,2, o que significa que com certeza é um objeto oriundo de fora do Sistema Solar. Por conta disso ele foi classificado como asteróide hiperbólico, sendo o primeiro dessa nova classe de objetos celestes (um segundo objeto com órbita hiperbólica [e=3,36] foi descoberto em 2019, 2I/Borisov, sendo claramente identificado como um cometa devido a expulsão de gases CN).

Outra característica interessante do Oumuamua é a sua velocidade relativamente elevada de ~ 26 km/s no espaço interestelar e que aumenta para mais de 80 km/s no ponto de maior aproximação do Sol. De acordo com as primeiras observações, o objeto teria o formato de um charuto com 400 metros de comprimento e aproximadamente 40 metros de largura. Os cálculos posteriormente indicaram que ele pode ser menor. De qualquer forma, observou-se que a razão entre o comprimento e a largura, a razão entre os eixos, pode estar compreendida entre 5:1 a 10:1. Essa razão é maior do que a de qualquer objeto conhecido do sistema solar, sendo uma possível justificativa para esse dado a erosão ao longo do tempo. A hipótese inicial mais provável, ou pelo menos a que a maioria dos astrônomos acreditava, é que se tratava de um pedaço de cometa. Mas um mistério adicional é qual seria a composição do gelo para fornecer a força suficiente para explicar a aceleração não gravitacional devido à sublimação, ao mesmo tempo em que nenhum gás ejetado era detectado. Entretanto, um artigo publicado por astrônomos da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, sugeriu uma diferente origem para o Oumuamua, na verdade sugeriu uma origem artificial para ele, e um estudo mais recente ainda sugere que seja o pedaço de um exoplaneta. 

1. Pedaço de um cometa/ iceberg de gelo: 

A hipótese de que Oumuamua seria um pedaço de cometa é devido ao fato de ter sido detectado aceleração não gravitacional associada ao objeto. Essa aceleração normalmente está associada com atividades cometárias. Ocorre que não foi observada nenhuma cauda característica de cometas, nenhuma linha de absorção ou emissão de gases [1, 2]. Uma hipótese similar é que Oumuamua fosse um iceberg de hidrogênio, uma vez que gelo H2 poderia ser formado em nuvens moleculares, embora essa nuvens deveriam ter alta densidade de gás. De fato, baseado em dados sobre a composição e a magnitude da aceleração não gravitacional, entre outros, os autores da Ref. [3] sugeriram que Oumuamua seria um cometa composto por gelo de hidrogênio molecular com o formato oblato e dimensões de 115 m x 111 m x 19 m. Contra essa hipótese está o fato de que cálculos mostram que um corpo constituído por hidrogênio experimentaria uma rápida erosão durante a sua viagem no meio interestelar. Sendo formado apenas por hidrogênio, e mesmo tendo ele uma dimensão de vários quilômetros de diâmetro, ele sofreria uma erosão completa num tempo inferior a 100 milhões de anos.

2. Sonda alienígena:

Percebendo que os estudos iniciais, tanto teóricos quanto observacionais, mostravam de uma forma clara que Oumuamua não se tratava de um cometa ativo, os autores da Ref. [4] sugeriram a possibilidade do excesso de aceleração ser o resultado da pressão de radiação solar. Nesse trabalho os autores fazem um cálculo e descobrem que se o objeto tiver uma relação massa/área da ordem de 0,1 g/cm2, seria possível a fabricação de uma sonda extremamente fina, entre 0,3 e 0,9 mm, que teria a vantagem de poder sobreviver a viagens interestelares a distâncias de até 5 kpc, resistindo a colisões com moléculas de gás, grãos de poeira e a tensões rotacionais e forças de maré. Em outras palavras, os autores sugerem que o objeto seja artificial, construído por uma civilização alienígena, enviada especificamente para investigar o sistema solar [5]. Para fortalecer ainda mais as suas suposições, discorrendo com mais detalhes a ideia do veleiro solar leve (light sail), um dos autores da Ref. [4] lançou em janeiro de 2021 o livro "Extraterrestrial: The First Sign of Intelligent Life beyond Earth" [5], que poderia ser traduzido para 'Extraterrestre: O Primeiro Sinal de Vida Inteligente além da Terra'. 

O livro de Loeb é para um amplo público. Ele começa poeticamente da seguinte forma: "Bem antes de sabermos de sua existência, o objeto estava viajando ao nosso encontro vindo da direção de Vega, uma estrela distante apenas vinte e cinco anos luz. Ele interceptou o plano orbital, no qual todos os planetas em nosso sistema solar se movimentam em torno do Sol, em 6 de setembro de 2017. Mas a trajetória extremamente hiperbólica do objeto garantiu que ele apenas visitaria, não ficaria. Em 9 de setembro de 2017, o visitante atingiu o seu perihélio, o ponto em que sua trajetória chega mais próximo do Sol. Depois disso ele começou a sair do sistema solar; sua velocidade - relativa à nossa estrela, era de cerca de 94.700 quilômetros por hora - mais do que o suficiente para escapar da gravidade solar. Ele passou pela distância orbital de Vênus ao Sol em 29 de setembro e pela distância orbital da Terra ao Sol em 7 de outubro, movendo-se rapidamente em direção à constelação de Pegasus e à escuridão além."

A possibilidade de uma sonda direcionada não pode ser descartada, é instigante, mas há outra possibilidade ainda.

3. Pedaço de um exoplaneta: 

Num artigo publicado esse ano, os autores argumentam que Oumuamua trata-se de parte de um planeta semelhante a Plutão, mas só que de um outro sistema planetário. Quando ele se aproximou do Sol, o corpo gelado do objeto se evaporou, fazendo com que ele se acelerasse, num efeito similar àquele do combustível de um foguete [6, 7]. 

Os autores da Ref. [6] realizaram cálculos da aceleração não gravitacional que seria experimentada por corpos compostos por uma gama de diferentes tipos de gelo e demonstraram que um corpo composto por gelo de nitrogênio, N2, satisfaria as restrições na aceleração não gravitacional, tamanho, albedo e falta de emissão detectável de CO, CO2 ou poeira. De acordo com os autores, Oumuamua tinha dimensões de 45 m x 44 m x 7,5 m quando observado a 1,42 unidades astronômicas do Sol,com um albedo de 0,64. Esse albedo é consistente com as superfícies ricas em N2 como Plutão e Tritão. Os autores ainda fazem uma estimativa de que Oumuamua foi expulso há cerca de 400 a 500 milhões de anos de um jovem sistema estelar, possivelmente do braço de Pegasus. Objetos como esse poderiam servir para se investigar diretamente as composições da superfície de um tipo novo de exoplaneta não observado: os exoplutões.

Os autores da Ref. [6] lembram ainda que mais de 98% da superfície de Plutão é coberta de gelo de N2 (nitrogênio), com CH4 e CO constituindo o restante do material da superfície. A quantidade de gelo na Planície Sputnik em Plutão é equivalente a uma camada global de 200 a 300 m de espessura desse tipo de gelo. Já a superfície de Tritão, acredita-se, possua uma camada de gelo de N2 com espessura entre 1 e 2 km. Isso sugere que é muito provável que outros planetas fora do sistema solar também possuam uma superfície rica em nitrogênio. Isso seria uma das justificativas para a hipótese de Oumuamua ser um corpo fundamentalmente composto por nitrogênio sólido.

Os cálculos apresentados na Ref. [6] são interessantes e relativamente sofisticados. Levando em consideração o formato do objeto, as dimensões, bem como o albedo, além de transformar esse último parâmetro para um raio médio do objeto, assumindo o formato 6:6:1, os autores fazem uma predição para a aceleração não gravitacional devido à sublimação e à ejeção de matéria, admitindo-se o corpo sendo constituído por um desses compostos: CO2, NH3, O2, N2, CO, CH4 e Ne. Os dados experimentais são compatíveis com N2.

Adicionalmente, os autores da Ref. [6] acreditam que talvez, surpreendetemente como eles mesmos afirmam, um fragmento de gelo N2 possa sobreviver à passagem pelo perihélio a uma distância de apenas 0,255 ua (cerca de 38,25 milhões de quilômetros), em parte porque o resfriamento evaporativo mantém a superfície com uma temperatura inferior a 50 K. Ou seja, apesar de Oumuamua ter passado mais perto do Sol do que a órbita de Mercúrio, a superfície do objeto manteve-se tão baixa como aquela de Plutão. Contudo, a volatilidade do N2 levou a uma significativa perda de massa segundo os autores da Ref. [6]: sua passagem pelo sistema solar o deixou com apenas 8% da massa que ele possuía ao chegar. Isso explicaria também o aspecto exótico do seu formato.

Essas são as hipóteses mais discutidas nos últimos anos sobre o que Oumuamua realmente seja. Mais estudos certamente poderão ajudar a entender melhor o que seja esse interessante objeto astronômico, principalmente se um outro com características semelhantes adentrar no sistema solar e puder ser estudado com mais cuidado. 

[1] Knight, M. M., Protopapa, S., Kelley, M. S. P., et al. 2017, ApJL, 851, L31.

[2] Jewitt, D., Luu, J., Rajagopal, J., et al. 2017, ApJL, 850, L36.

[3] D. Seligman, G. Laughlin, Acta Pathologica Japonica, 896(1), L8. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab963f. 

[4] S. Bialy, A. Loeb, 2018, ApJL, 868:L1

[5] A. Loeb, "Extraterrestrial: The First Sign of Intelligent Life beyond Earth", Houghton Mifflin Harcourt: Boston, New York, 2021.

[6] A.P. Jackson, S.J. Desch, JGR Planets, 10.1029/2020JE006706.

[7] A.P. Jackson, S.J. Desch, JGR Planets, 10.1029/2020JE006807.

Novos alótropos do carbono

Após a descoberta do grafeno, que é um alótropo bidimensional do carbono, formado por hexágonos onde os carbonos estão ligados através de ligações sp2, foram realizadas várias tentativas de se conseguir outras estruturas bidimensionais. Sabe-se que na rede hexagonal do grafeno, nanoestruturas de pares pentágonos-heptágonos são vistas como defeitos nas fronteiras de grãos. Como relatado pelos autores da Ref. [1], numerosos cálculos sugerem que o controle desses defeitos podem auxiliar na sintonia das propriedades de materiais baseados no grafeno. O hidrocarboneto cíclico insaturado pentágono-heptágono, denominado de azuleno, pode ser obtido fundido em duplas, mas a sua construção com múltiplos pares de pentágonos e heptágonos só foi reportada no ano passado através da Ref. [1]. Realizando um reação térmica com um polímero organometálico incorporado com azuleno sobre ouro, conseguiu-se sintetizar uma estrutura de carbono sp2 formada por pentágonos e heptágonos fundidos [1]. A Figura 1(a) e (b) apresenta esse tipo de estrutura, tal como já era conhecido nas fronteiras de grãos, bem como uma representação da síntese do material (Figura 1(c)) através de um novo processo.

Figura 1: (a) e (b) Representação esquemática de pares pentágono-heptágono no grafeno; (c) formação de pentágonos-heptágonos de carbono sp2 fundidos de acordo com o processo de síntese apresentado na Ref. [1].

Uma vez que há a perspectiva de que esses materiais bidimensionais de carbono possuam interessantes propriedades mecânicas, eletrônicas e de transporte, várias pesquisas buscam encontrar novos alótropos bidimensionais. Há poucos dias (21 de maio) foi apresentado na revista Science [2] o relato do crescimento de um alótropo bidimensional com anéis de quatro, seis e oito átomos de carbono hibridizados sp2, conforme representação na Figura 2.

Figura 2: Representação da estrutura planar bifenileno [2].

Para produzir esse novo alótropo do carbono utilizou-se uma metodologia bastante engenhosa. Inicialmente, partiu-se do 4,4″-dibromo-2,2′,2″,5,5′,5″-hexafluoro-1,1′:4′,1″- terphenyl (DHTP) que foi polimerizado através do chamado acoplamento debrominativo em uma superfície de ouro e os conjuntos alinhados formados por cadeias de poli(2,5-difluoro-para-fenileno) (PFPP). Segunda os autores da Ref. [2], em uma segunda etapa, essas cadeias passam a apresentar acoplamento C-C pelo fechamento do HF (HF-zipping), formando a estrutura de fifenileno. Isso permitiu a formação de ligações C-C exclusivamente entre um C-F e um C-H, mas não entre duas unidades C-H ou duas unidades C-F (na Figura 3, representado pelos ovais azuis). Como consequência, anéis de quatro e oito membros são formados seletivamente entre as cadeias. Isso mostra que as unidades C-F são essenciais para a formação da estrutura não-benzenóide. Sem essas unidades C-F, o acoplamento C-C formaria a tradicional estrutura do grafeno.

Figura 3: Representação esquemática da produção do alótropo de carbono planar bifenileno [2].

A caracterização elétrica do material revelou que trata-se de uma estrutura metálica. Isso pode ser interessante para utilizá-lo como material de anodos em baterias de lítio. Adicionalmente, essa característica também faz com que esse material se torne um candidato para fios condutores em circuitos baseados no carbono, como apontado pelos autores da Ref. [2].

Referências:

[1] I.

C.-Y. Hou

, 

Q. Sun

, 

K. Eimre

, 

M. Giovannantonio

, 

J.I. Urgel

, 

P. Ruffieux

, A. 

Narita

, 

R. Fasel

, 

K. Müllen, J. Am. Chem. Soc. 142, 10291 (2020).

[2] Q. Fan, L. Yan, M.W. Tripp, O. Krejcí, S. Dimosthenous, S.R. Kachel, M. Chen, A.S. Foster, U. Koert, P. Liljeroth, J.M. Gottfried, Science 372, 852–856 (2021).