A origem dos materiais e as estrelas

writer: Daniel Matos | Minas Gerais | 02/05/2021

Fonte: Cosmos, Carl Sagan(livro)

Durante o Big Bang foram criado os átomos de hidrogênio. Mas então de onde vieram todos os outros? Das estrelas, Uma estrela é uma espécie de cozinha cósmica, dentro da qual átomos de hidrogênios são cozinhados e viram outros átomos mais pesados. Uma estrela é composta a partir da condensação de gás e poeira interestelar, que são compostos, em sua maioria, de hidrogênio.

Na Universidade de Cambridge, na Inglaterra, a natureza do átomo foi compreendida pela primeira vez. Foram atirados átomos em átomos e observamos como eles ricocheteiam. Um átomo tem na parte de fora uma nuvem de elétrons, eles são eletricamente carregados, com carga negativa, e eles determinam as propriedades químicas do átomo - desde brilho a frieza. No centro do átomo está localizado o núcleo, feito de prótons carregados positivamente e nêutrons sem carga. A maior parte do átomo é um grande espaço vazio, isso quer dizer que a maior parte de toda a matéria subatômica é um grande nada. Não obstante, a maior parte da massa do átomo está no seu núcleo, o elétron apenas orbita ele. Você já parou para pensar como os átomos podem ficar um em cima do outro, considerando que a maior partes dele é espaço vazio? Isso porque eles exercem uma força de repulsão, então quando me sento em uma cadeira os átomos dela exercem uma força contra os meus, eles não se tocam. As forças dos elétron, que são iguais, se repelem. Essa é a força da força elétrica, ela prende todo o universo.

Quando tiramos uma parte do núcleo, de um átomo de carbono por exemplo, se tirarmos 2 prótons e dois elétrons ele passa a ser um átomo de Hélio e não de carbono. Uma mudança desse tipo é chamada de fissão, processo que ocorre em armas nucleares e em bombas atômicas, embora nesses processos o que se divida não seja carbono. Se você dividir um átomo, estará transmutando um elemento.

Quanto mais se divide partículas, mas partículas cada vez menores e mais elementares se acham. Descobrimos, usando aceleradores de partículas, o Bóson de Higgs, a partícula de Deus, assim como os quarks, pequenas partículas que formam os prótons. Será que vamos cada vez mais fundo e vamos achar cada vez mais partículas infinitamente? Não tenho ideia. Uma coisa interessante é que a transmutação surgiu devido a alquimia, uma espécie de pseudociência que diz que tudo é feito de ar, terra, fogo e água e que tenta mudar os elementos para assim descobrir segredos, como o da imortalidade, nunca funcionou é claro. Mas todo o dinheiro que foi investido nessa pesquisa não foi em vão, elementos como o fósforo, o antimônio, mercúrio entre outros foram descobertos. Um dos quandes alquimistas foi Isaac Newton, assim como Kepler foi o último astrôlogo e o primeiro astrofósico, Newton foi o último alquimista e o primeiro químico. Hoje temos 92 elementos na tabela periódica, 92 tipos de átomos, é importante ressaltar que fogo não é um elemento, é um plasma, água é uma molécula, terra e ar são misturas de moléculas.

Todos os elmentos são feitos de diferentes combinações de mesmas partículas. O número de prótons no nûcleo é sempre igual ao número de elétron, isso no estado natural, e é esse número de elétrons que muda tudo, o número atômico, número de elétrons, é a característica principal do átomo. Considerando que cargas semelhantes com o mesmo sinal aritimétrico se repelem, como vários prótons podem ficar unidos no nûcleo? Isso porque uma força muito mais forte que a elétrica e a gravidade puxam os prótons e os unem, a força nuclear forte. Isso quando eles estão pertos um dos outros, para que isso ocorra a temperatura deve ser enorme, para que ocorra um movimento das partículas, veremos mais sobre isso para frente. 99% de todo o unvierso é hidrogênio e hélio. O hélio foi detectado primeiramente no Sol, daí seu nome, Hélio é um dos deuses do Sol. O hidrogênio e o hélio são os elementos mais simples, então podem todos os outros elementos terem sido derivados desses dois? Para equilibrar a repulsão elétrica os prótons teriam de estar muito próximos um dos outros para que as forças de curto alcance engajassem, isso só pode acontecer em temperaturas muito elevadas, nas quais as partículas se movimentam com tanta rapidez que as forças de repulsão não tenham tempo de reagir. Na natureza, temperaturas altas o suficiente só poderiam ser encontradas em núcleos de estrelas. Para simplificar:

As estrelas e os planetas que as acompanham nascem do colapso gravitacional de uma nuvem interestelar de gás e poeira, a colisão das moléculas de gás no interior das nuvens a aquece, chegando ao ponto que o hidrogênio começa a se fundir em hélio, quatro núcleos de hidrogênio se unem para formar um de hélio, isso acaba liberando um fóton de raio gama. A jornada de um fóton dura 1 milhão de anos, gradualmente abrindo caminho até à superfície da estrela, perdendo energia a cada passo. Quando eles chegam na superfície são irradiados no espaço e, pronto, uma estrela nasceu. Claro que não é simples nem rápido. O peso da atmosfera da estrela está sustentado nas altas temperaturas e presões geradas por reações termonucleares no interior da estrela. O Sol tem estado nessa situação, "estável" se você considera uma estela com um núcleo fundido de higrogênio gerando reações termonucleares e lançando fótons de raios gama por toda a galáxia de estável. Veremos como é uma situação não estável mais para frente. As reações termonucleares do sol convertem 400 milhões de toneladas de hidrogênio em hélio a cada segundo. Quando olhamos para o Sol vemos uma fussão nuclear longínqua. As explosões de supernovas, veremos mais para frente, são as mortes de estrelas e disparam para longe matéria interestelar que será usada para a formação de novas estrelas e planetas, é como se as estrelas moressem para dar lugar a um filho. Estrelas como o Sol nascem nas nebulosas, como a nebulosa de Órion, que embora pareça ser escura e sombria, são iluminadas por dentro com estrelas recém-nascidas, depois essas estrelas saem por aí em busca de uma carreira interestelar. Além das coisas já citadas a reação termonuclear do Sol forma neutrinos, escreverei um artigo mais a frente sobre.

Mas, infelizmente, essa fusão do hidrogênio que ocorre em uma estrela não pode durar para sempre, existe uma quantidade finita desse elemento em estrelas. Quanto mais massa tem uma estrela, mais rapidamente ele gasta essa massa, e mais rapidamente morre. Daqui a 5 ou 6 bilhões de anos todo o hidrogênio do Sol terá convertido em hélio. Então a zona de fusão do hidrogênio sairá para fora, resumidamente sem hidrogênio para estabilizar a temperatura do núcleo vai aumentar muito, o hélio vai começar cada vez mais a se fundir um no outro, isso vai gerar carbono e oxigênio, átomos mais complexos, o que vai dar mais um tempo de energia para ela. Depois de um tempo sua camada exterior vai se expandir e esfriar, é como se a atmosfera fosse para fora. O núcleo vai se tornar uma estrela vermelha, e vai devorar os planetas próximos, Mercúrio e Vênus, talvez a Terra. O sol vai terminar então a última rodada de explosões, vai expandir cada vez mais sua atmosfera e vai ceder parte dela para o espaço, então a radiação ultravioleta do Sol vai inundar todo o sitema, o que vai queimar metade da massa do Sol. Depois disso o Sol vai perder cada vez mais massa, e todo o sistema vai ficar em volto de uma nebulosa, sim as nebulosas são resultados de uma explosão de estrela. O Sol então vai virar uma nã branca, até ficar totalmente negra. Os átomos sistetizados nos interiores de estrelas em geral são devolvidos ao gás interestelar, as atmosferas exteriores de gigantes vermelhas são lançadas no espaço, as nevulosas planetárias são o estágio final de estrelas como o Sol, que expeliram suas camadas externas. Todos os elementos conhecidos são gerados nesse processo, não elementos como háfnio, disprósio, mas elementos como ferro, oxigênio, elementos que todos conhecemos e que são do dia a dia. Todos os elementos exceto hidrogênio e hélio foram formados em estrelas, em supernovas. Esse gás interestelar que será o futuro sistema solar se unira atrávez do colapso da nuvem e ocorrera a formação de estrela(s) e planetas. Somos sim feitos de materiais de estrelas. Todos os elementos que somos feitos e que comemos foram resultado de uma explosão de supernova, que gerou uma nebulosa, que se uniu e gerou o nosso planetinha. O Sol é uma estrela de segunda ou terceira geração, também foi formada da mesma forma que nós.

Somos totalmente dependentes do Sol, não só no sentido mostrado anteriormente como em todos os outros. As plantas precisam de Sol, nós precisamos das plantas. Nós precisamos de vitamina D, ela vem do Sol. A vida primitiva precisava de Sol e raios ultravioleta para se desenvolver, eles vem do Sol. Inclusive, as mudanças genéticas que geram as mutações são completamente geradas por raios cósmicos, que são gerados no Sol. Nosso material genético é influenciado pelo Sol. Ao longo da história tivemos notícias de algumas explosões de supernovas, que ficavam no céu durante uns 3 meses. Uma complicação que o tempo de vida de uma estrela pode gerar é a vida, quanto mais massa tem uma estrela mais rápido ela morre, se uma civilização orbitando uma estrela com grande massa descobre o que supernovas significam ela pode não ter muito mais tempo de vida, e isso dizimaria a população.

A condição preliminar necessária para a explosão de uma supernova é a geração, por fusão de hélio, de um massivo núcleo de ferro. Quanto mais avançado o estado da supernova menor o núcleo, assim como mais quente e com maior massa. Uma supernova sozinha pode brilhar mais que uma galáxia inteira. Todas as estrelas que estão nascendo agora na constelação de Órion se tornaram supernova um dia. Com uma rotação muito rápida, muito mesmo, a cada rotação ocorre uma grande iluminação no céu, bem precisa. Uma colher de chá de uma estrela de nêutrons pesa o mesmo que uma montanha. E elas são formadas por nada mais nada menos que os três elementos fundamentais que nos formam, prótons, nêutrons e elétrons. Uma estrela como o Sol terminará seus dias como uma anã branca, uma estrela com duas vezes a massa do Sol por exemplo virará uma estrela de nêutrons, já uma estrela com dez vezes a massa do Sol vai virar um buraco negro. Basicamente tem uma massa tão grande que a gravidade a comprime com tanta força que até a luz se dobra e não consegue escapar. É uma força inimaginável. Ele, por esse motivo, não se relaciona com a luz e não pode ser visto a olho nu, apenas sentido sua influência gravitacional sem precedentes. Se você considerar o espaço-tempo uma superfície plana, visão da relatividade geral, vai ver que as estrelas e planetas geram pequenos deslizes, pequenas depressões no espaço-tempo. Um buraco negro geraria um fundo infinito.

Um buraco negro é um poço sem fundo, o tempo, o espaço, a luz, tudo se dobra ante sua presença. Talvéz, se você sobrevivesse a uma viagem dessas, poderia chegar ao além, a Eternidade, é impossível um homem comúm conseguir passar, ele seria comprimido e esticado até virar uma fina película de matéria orgânica. Mas, se acontecesse, você realmente chegaria do outro lado do espaço-tempo, um lugar além de onde qualquer ser humano jamais foi.

Toda a nossa vida e nossa existência é baseada nas estrelas.

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