Novas evidências desafiam a teoria da origem dos elementos mais pesados do universo: WebCuriosos
Após o seu “nascimento” no Big Bang, o Universo consistia principalmente de hidrogênio e alguns átomos de hélio. Estes são os elementos mais leves da tabela periódica.
Quase todos os elementos mais pesados que o hélio foram produzidos nos 13,8 mil milhões de anos entre o Big Bang e os dias atuais.
As estrelas produziram muitos desses elementos mais pesados através do processo de fusão nuclear. No entanto, isso só torna os elementos tão pesados quanto o ferro. A criação de quaisquer elementos mais pesados consumiria energia em vez de liberá-la.
Para explicar a presença desses elementos mais pesados hoje, é necessário encontrar fenômenos que possam produzi-los.
Um tipo de evento que se enquadra no projeto é um explosão de raios gama (GRB) – a classe de explosão mais poderosa do Universo. Estes podem entrar em erupção com um quintilhão (10 seguido de 18 zeros) de vezes a luminosidade do nosso Sol e acredita-se que sejam causados por vários tipos de eventos.
Os GRBs podem ser subdivididos em duas categorias: rajadas longas e rajadas curtas. GRBs longos estão associados à morte de estrelas massivas e de rotação rápida. De acordo com esta teoria, a rotação rápida emite material ejetado durante o colapso de uma estrela massiva em jatos estreitos que se movem a velocidades extremamente rápidas.
As rajadas curtas duram apenas alguns segundos. Acredita-se que sejam causadas pela colisão de duas estrelas de nêutrons – estrelas “mortas” compactas e densas.
Em agosto de 2017, um evento importante ajudou a apoiar esta teoria. Ligo e Virgemdois detectores de ondas gravitacionais nos EUA, descobriram um sinal que parecia vir de duas estrelas de nêutrons movendo-se para uma colisão.
Alguns segundos depois, uma curta explosão de raios gama, conhecida como GRB 100817A, foi detectada vindo da mesma direção no céu. Durante algumas semanas, praticamente todos os telescópios do planeta apontaram para este evento, num esforço sem precedentes para estudar as suas consequências.
As observações revelaram uma quilonova no local GRB 170817A. Uma quilonova é uma prima mais fraca de uma explosão de supernova. O mais interessante é que havia evidências de que muitos elementos pesados foram produzidos durante a explosão.
Os autores de um estudo em Natureza que analisou a explosão mostrou que esta quilonova parecia produzir duas categorias diferentes de detritos, ou material ejetado. Um era composto principalmente de elementos leves, enquanto outro consistia de elementos pesados.
Já mencionamos que a fusão nuclear só pode produzir elementos tão pesados quanto o ferro na tabela periódica. Mas há outro processo que poderia explicar como a quilonova foi capaz de produzir outras ainda mais pesadas.
Processo rápido de captura de nêutronsou processo r, é onde os núcleos (ou núcleos) de elementos mais pesados, como o ferro, capturam muitas partículas de nêutrons em um curto espaço de tempo. Eles então crescem rapidamente em massa, produzindo elementos muito mais pesados.
Para que o processo r funcione, entretanto, você precisa das condições certas: alta densidade, alta temperatura e um grande número de nêutrons livres disponíveis. As explosões de raios gama fornecem essas condições necessárias.
No entanto, fusões de duas estrelas de nêutrons, como a que causou a quilonova GRB 170817A, são eventos muito raros. Na verdade, podem ser tão raros que os tornam uma fonte improvável dos abundantes elementos pesados que temos no Universo. Mas e os GRBs longos?
Um estudo recente investigou uma longa explosão de raios gama em particular, GRB 221009. Isto foi apelidado de BARCO – o mais brilhante de todos os tempos. Este GRB foi captado como um pulso de radiação intensa que varreu o Sistema Solar em 9 de outubro de 2022.
O BOAT desencadeou uma campanha de observação astronômica semelhante à da quilonova. Este GRB foi 10 vezes mais enérgico que o recordista anterior, e tão próximo de nós que influência na atmosfera da Terra foi mensurável no solo e comparável a uma grande tempestade solar.
Entre os telescópios que estudam as consequências do BOAT estava o Telescópio Espacial James Webb (JWST). Observou o GRB cerca de seis meses depois de ter explodido, para não ficar cego pelo brilho da explosão inicial.
Os dados coletados pelo JWST mostraram que, apesar do brilho extraordinário do evento, ele foi causado por uma explosão de supernova meramente média.
Na verdade, observações anteriores de outras GRBs longas indicaram que não há correlação entre o brilho da GRB e o tamanho da explosão de supernova associada a ela. O BARCO não parece exceção.
A equipe do JWST também inferiu o número de elementos pesados produzidos durante a explosão do BOAT. Eles não encontraram nenhuma indicação de elementos produzidos pelo processo-r. Isto é surpreendente porque, teoricamente, pensa-se que o brilho de um GRB longo está associado às condições no seu núcleo, muito provavelmente um buraco negro.
Para eventos muito brilhantes – especialmente um tão extremo como o BOAT – as condições devem ser adequadas para que o processo r ocorra.
Estas descobertas sugerem que as explosões de raios gama podem não ser a esperada fonte crucial dos elementos pesados do Universo. Em vez disso, deve haver uma fonte ou fontes ainda por aí.
Roberto BroseProfessor Assistente da Escola de Ciências Físicas da Dublin City University (DCU), Universidade da cidade de Dublin
Este artigo foi republicado de A conversa sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
