Quando a humanidade finalmente detectou a colisão entre duas estrelas de nêutrons em 2017, confirmamos uma teoria antiga – nos incêndios energéticos destas incríveis explosões, elementos mais pesados que o ferro são forjados.
E assim, pensamos ter uma resposta para a questão de como esses elementos – incluindo o ouro – se propagaram por todo o Universo.
Mas uma nova análise revelou um problema. De acordo com novos modelos de evolução química galáctica, as colisões de estrelas de nêutrons não chegam nem perto de produzir a abundância de elementos pesados encontrados na galáxia da Via Láctea de hoje.
“As fusões de estrelas de nêutrons não produziram elementos pesados suficientes no início da vida do Universo, e ainda não produzem agora, 14 bilhões de anos depois”, disse a astrofísica Amanda Karakas da Universidade de Monash e o Centro de Excelência ARC para toda All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D) na Austrália.
“O Universo não os tornou rápidos o suficiente para justificar sua presença em estrelas muito antigas e, em geral, simplesmente não há colisões suficientes para explicar a abundância desses elementos em torno dos dias de hoje”.
As estrelas são as forjas que produzem a maioria dos elementos do Universo. No início do Universo, depois da sopa de matérias, ela formou hidrogênio e hélio – ainda os dois elementos mais abundantes no Universo.
Como os elementos são criados?
As primeiras estrelas formadas como a gravidade juntaram tufos destes materiais. Nos fornos de fusão nuclear de seus núcleos, estas estrelas forjaram hidrogênio em hélio; depois hélio em carbono; e assim por diante, fundindo elementos cada vez mais pesados à medida que se esgotam os mais leves até que o ferro seja produzido.
O ferro em si pode se fundir, mas consome enormes quantidades de energia – mais do que tal fusão produz – portanto, um núcleo de ferro é o ponto final.
“Podemos pensar em estrelas como panelas gigantes de pressão onde novos elementos são criados“, disse Karakas. “As reações que fazem esses elementos também fornecem a energia que mantém as estrelas brilhando por bilhões de anos”. Conforme as estrelas envelhecem, elas produzem elementos cada vez mais pesados à medida que suas entranhas aquecem”.
Para criar elementos mais pesados que o ferro – tais como ouro, prata, tório e urânio – é necessário o rápido processo de captura de nêutrons, ou r-processo. Isto pode ocorrer em explosões realmente energéticas, que geram uma série de reações nucleares nas quais núcleos atômicos colidem com nêutrons para sintetizar elementos mais pesados do que o ferro.
Sabemos agora que a explosão de kilonova gerada por uma colisão estrela de nêutrons é um ambiente energético – suficiente para que o processo r ocorra. Isso não está em discussão. Mas, para produzir as quantidades destes elementos mais pesados que observamos, precisaríamos de uma frequência mínima de colisões de estrelas de nêutrons.
Uma pesquisa de outro mundo
Para descobrir as fontes destes elementos, os pesquisadores construíram modelos de evolução química galáctica para todos os elementos estáveis do carbono ao urânio, utilizando as mais atualizadas observações astrofísicas e abundâncias químicas disponíveis na Via Láctea. Eles incluíram rendimentos teóricos de nucleossíntese e taxas de eventos.
Eles expuseram seu trabalho em uma tabela periódica que mostra as origens dos elementos que modelaram. E, entre suas descobertas, encontraram a falta da frequência de colisão de estrelas de nêutrons, desde o início do Universo até agora. Ao invés disso, eles acreditam que um tipo de supernova poderia ser responsável.
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Estas são chamados de supernovas magneto rotacionais, e ocorrem quando o núcleo de uma estrela maciça, de rotação rápida e com um forte campo magnético colapsa. Também são consideradas energéticas o suficiente para que o processo r ocorra. Se uma pequena porcentagem de supernovas de estrelas entre 25 e 50 massas solares forem magneto rotacionais, isso poderia fazer a diferença.
“Mesmo as estimativas mais otimistas da frequência de colisão de estrelas de nêutrons simplesmente não podem explicar a pura abundância desses elementos no Universo”, disse Karakas. “Isto foi uma surpresa”. Parece que as supernovas girando com fortes campos magnéticos são a verdadeira fonte da maioria destes elementos“
Traduzido e adaptado por equipe Revolução.etc.br
Fontes: Science Alert, EurekAlert, Oxford Academic, The Astrophysical Journal
