Um dos mais dramáticos acontecimentos do Cosmos, o colapso de uma estrela massiva pode ser a origem dos elementos pesados encontrados na Terra, como ouro, platina e urânio. Usados com finalidades diversas — da confecção de uma aliança a componentes de smartphones, passando por reatores nucleares —, esses metais estão presentes em todo o Universo e, até agora, acreditava-se que eram fruto de colisões entre duas estrelas de nêutrons ou entre um objeto desse e um buraco negro. Mas pesquisadores da Universidade de Guelph, no Canadá, relata o jornal Correio Braziliense, encontraram uma explicação alternativa, que pode mudar a compreensão sobre a formação de elementos sem os quais o homem não poderia existir.
De acordo com Daniel Siegel, professor de física da universidade e um dos autores do estudo publicado na revista Nature, entender a origem dos elementos pesados é essencial para se obter pistas mais precisas a respeito do início dos aglomerados de estrelas e planetas, como a Via Láctea. “Tentar descobrir de onde vêm os elementos pesados pode nos ajudar a entender como a galáxia foi montada quimicamente e como ela se formou. Isso pode realmente ajudar a resolver algumas grandes questões na cosmologia, já que os elementos pesados são um bom traçador”, diz.
Ele se refere ao fato de que qualquer elemento existente deixa traços — ou assinaturas — no Universo. Com os equipamentos astronômicos cada vez mais sofisticados, é possível rastreá-los e identificá-los, reconstituindo a história de uma região espacial ou mesmo do nascimento do Cosmos. Essa linha de pesquisa está cada vez mais promissora, uma vez que se espera, para um futuro próximo, o lançamento de novos supertelescópios — como o James Webber, previsto para 2021 —, capazes de buscar e identificar assinaturas a distâncias até agora inimagináveis.
Supernova
Supernovas são explosões de estrelas muito velhas e distantes da Terra, o que torna a descoberta da equipe de Siegel particularmente curiosa. De acordo com o cientista, por volta de 80% dos elementos pesados do Universo, incluindo os que existem na Terra, tiveram origem em um tipo de supernova de estrelas 30 vezes mais pesadas que o Sol, um fenômeno chamado colapsar.
Trata-se do colapso gravitacional de uma estrela — um evento tão brusco que elas implodem, ejetando grande quantidade de material antes de se transformarem em buraco negro.
Já é bem conhecido que os três elementos mais leves do Universo — hidrogênio, hélio e lítio — formaram-se nos primeiros momentos do Cosmos, cerca de um minuto após o Big Bang. Tempos depois, foi a vez dos metais de transição, como ferro, forjados no núcleo das estrelas. Porém, quanto aos elementos mais pesados da tabela periódica — que completa 150 anos em 2019 —, como ouro, há, até agora, mais dúvidas que certezas. Ao menos os cientistas tinham uma pista para procurar a chave desse mistério. Estudos anteriores indicaram que, para que eles existissem, foi preciso ocorrer um fenômeno apelidado de processo-r, em que o núcleo atômico absorve nêutrons em altíssima velocidade.
Colisão
Há dois anos, um marco na observação astronômica permitiu a detecção, pela primeira vez, de ondas gravitacionais (previstas por Albert Einstein no início do século passado), formadas pela colisão entre duas estrelas de nêutron. Esses corpos superdensos e ricos em nêutron são o resultado de supernovas. A descoberta do fenômeno levou pesquisadores a imaginar que a maioria dos elementos frutos do processo-r foram gestados em casulos de materiais expelidos pela fusão dessas estrelas.
Como, no caso de dois anos atrás, a colisão resultou em um buraco negro, logo se teorizou que a fonte dos elementos seria o disco de acreção — o disco de detritos que circundam o buraco negro. Nessas regiões incrivelmente quentes e densas, partículas como elétrons, pósitrons e neutrinos interagem de forma a converter prótons em nêutrons. “Isso gera as condições iniciais ideais para a formação de elementos pesados como ouro ou platina”, observa Brian D. Metzger, astrofísico da Universidade de Colúmbia e coautor do artigo.
Com esse pensamento, a equipe desenvolveu um modelo de simulações computacionais de discos de acreção que se espera encontrar ao redor dos colapsares. Os astrônomos esperavam que, ao recriar o nascimento dos metais pesados a partir da fusão de estrelas de nêutrons, veriam esse material sendo produzido a uma frequência muito grande devido à rapidez do processo-r. Contudo, no lugar disso, o que se observou foi a formação de grande quantidade desses elementos.
“Oitenta por cento dos elementos pesados que vemos devem vir de colapsares. Os colapsares são bastante raros em ocorrências de supernovas, ainda mais raros do que as fusões de estrelas de nêutrons. Mas a quantidade de material que é lançada no espaço é muito maior que o fornecido pela fusão de estrelas de nêutrons”, diz Siegel.
Os outros 20% seriam forjados diretamente da colisão das estrelas, como foi proposto em 2017. “No futuro, queremos investigar como elementos são criados em outros discos de acreção, como os de supernovas, e explorar as implicações cosmológicas do nosso trabalho, ou seja, a evolução química e o surgimento das galáxias”, conclui Metzger.
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