O seu anel de ouro pode ter vindo de um buraco negro

Os buracos negros desempenharam um papel na produção de elementos na Terra, como é o exemplo do ouro.

A origem dos elementos tem sido alvo de inúmeros estudos, e há muito tempo que os cientistas acreditam que a maior parte dos elementos se transformaram a partir de hidrogénio e hélio, combinação que forma as estrelas.

À medida que essas estrelas se tornaram mais quentes e maiores, os elementos mais pesados foram criados, a partir de um processo chamado nucleossíntese. Quando as estrelas chegaram ao fim das suas vidas, à medida que se tornavam supernovas, ejetaram esses elementos para o espaço.

Segundo a Interesting Engineering, existem também outras teorias de como surgiram os elementos como o ouro ou a prata. Estes elementos podem ter sido produzidos como consequência da colisão de estrelas de neutrões.

Estrelas de neutrões são os restos de estrelas gigantes que não eram suficientemente grandes para se condensarem em buracos negros.

Em vez disso, o seu colapso foi travado por algo chamado pressão de degeneração de neutrões, o que levou à criação de objetos bastante densos e pesados, mas pequenos em tamanho.

O equivalente a uma colher de chá cheia de material estelar de neutrões, que pesaria cerca de quatro mil milhões de toneladas, condensadas num objeto com apenas 16 quilómetros de diâmetro.

Quanto a outras formas de a natureza criar elementos, um estudo recente coloca uma reviravolta na investigação de longa data sobre o assunto.

O interior de uma estrela é bastante complexo de modelar — não se pode propriamente enviar uma sonda para o seu interior para ver como ela funciona.

No entanto, os astrónomos acreditam que, embora os elementos se tenham formado logo após o Big Bang, as condições não eram suficientemente frescas para que permanecessem estáveis.

Após cerca de 3 ou 4 minutos, o universo primitivo tinha-se expandido e arrefecido o suficiente para que as condições favorecessem a permanência dos eletrões em órbita, em torno dos núcleos atómicos.

Foi então que se formaram os elementos químicos mais leves e simples, como o hidrogénio, o hélio e o lítio. Estes foram usados para formar nuvens grandes e gasosas, e essas nuvens acabaram por colapsar sob a própria gravidade e tornaram-se as primeiras estrelas.

Dentro dos núcleos dessas estrelas, a fusão nuclear — processo através do qual os elementos mais leves são transformados em elementos mais pesados — começou quando estas se tornaram suficientemente grandes.

O hidrogénio é também o sangue das próprias estrelas. O processo de fusão do hidrogénio com outros elementos é o que mantém uma estrela estável.

Quando atinge um limiar crítico e a estrela perde o combustível que necessita para sobreviver, a massa da estrela determina que tipo de objeto se vai criar.

Um objeto mais pequeno, como o Sol, tornar-se-á uma anã branca, estrelas de tamanho médio tornam-se estrelas de neutrões ou pulsares, e as estrelas mais maciças colapsam em buracos negros de massa estelar.

Segundo a Sciencing “só as estrelas maiores podem produzir elementos mais pesados. Isto porque estas estrelas conseguem aguentar temperaturas mais altas do que as estrelas mais pequenas, como o nosso sol”.

“Depois de o hidrogénio se gastar nestas estrelas, elas passam por uma série de desgaste nuclear, dependendo dos tipos de elementos produzidos, por exemplo, queima de néon, queima de carbono, queima de oxigénio, ou queima de silício”.

“Na queima de carbono, o elemento passa pela fusão nuclear para produzir néon, sódio, oxigénio, e magnésio. Quando o néon se queima, funde e produz magnésio e oxigénio. O oxigénio, por sua vez, produz silício e os outros elementos como o enxofre e o magnésio”.

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“Estes elementos, por sua vez, produzem os que estão próximos do ferro na tabela periódica: cobalto, manganês, e ruténio. O ferro e outros elementos mais leves são então produzidos através de reações contínuas de fusão pelos elementos acima mencionados. Também ocorre a decomposição radioativa de isótopos instáveis. Uma vez formado o ferro, a fusão nuclear no núcleo da estrela pára”, explica a Sciencing.

Este é o princípio do fim para as maiores estrelas do universo. Requer uma quantidade extraordinária de energia e calor para fundir outros elementos pesados, especialmente o ferro.

Quando o ferro começa a fundir-se no núcleo da estrela, produz mais energia do que o processo de fusão utiliza para contrariar as forças da gravidade, que mantêm a estrela estável e previnem o seu colapso em si mesma.

O colapso do núcleo e os eventos da supernova ocorrem nessa altura. Enquanto o gás é ejetado para o espaço, os átomos colidem, os neutrões em particular, dentro de momentos, após a expulsão da supernova.

Quando os átomos se começam a combinar, a decomposição radioativa coloca um problema. Os neutrões devem fundir-se rapidamente, antes de o núcleo ser bombardeado por mais neutrões.

Os elementos mais pesados são formados por uma sucessão de rápidas capturas de neutrões por sementes de núcleos mais pesadas, tais como o Fe-56, um isótopo comum de ferro, ou outros isótopos mais ricos em neutrões.

Este processo também é conhecido por processo rápido de captura de neutrões, ou processo r. É responsável pela criação de cerca de metade dos “elementos pesados” , núcleos atómicos mais pesados do que o ferro.

E então, afinal de onde vem o ouro?

Há muito que se especula que o ouro e outros elementos pesados podem ser formados de diferentes formas. Quer nos núcleos de estrelas maciças, quando duas estrelas de neutrões colidem, quer dentro das nuvens quentes de gás, que ejetam materiais para o espaço, momentos após um evento de supernova.

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No entanto, um artigo publicado em outubro de 2021 pressupõe que os buracos negros podem ter tido um papel importante na criação de um dos elementos mais preciosos da Terra: o ouro.

A investigação propõe uma nova abordagem para compreender a formação de elementos pesados. Sugere que foram criados nas massas giratórias de gás e poeira que rodeiam um buraco negro recém-nascido, o disco de acreção.

Este sistema pode ser formado após a fusão de duas enormes estrelas de neutrões e durante o colapso e explosão de uma estrela rotativa.

Segundo a ScienceAlert, “Nestes ambientes extremos, a elevada taxa de emissão de neutrinos deve facilitar a conversão de protões em neutrões — resultando num excesso destes últimos, necessário para o processo que produz elementos pesados”.

Oliver Just, astrofísico do GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research na Alemanha, nota que no estudo se investigou, “pela primeira vez, as taxas de conversão de neutrões e protões para um grande número de configurações de discos através de elaboradas simulações de computador

Descobriu-se assim que “os discos são muito ricos em neutrões, desde que certas condições sejam satisfeitas”, acrescenta.

Além disso, “pensa-se que o buraco negro recém-nascido está rodeado por um anel denso e quente de material, girando em torno do buraco negro e alimentando-se nele, como água por um ralo. Nestes ambientes, os neutrinos são emitidos em abundância, e os astrónomos há muito que colocam a hipótese de a nucleossíntese de r-capture poderia estar a acontecer como consequência”.

Modelos e simulações indicaram aos investigadores que, se certos parâmetros fossem cumpridos, como o “buraco negro recém-nascido“, juntamente com o disco de gás circundante suficientemente maciço, os neutrinos podem ter existido em abundância, e a fusão pode ter tido lugar dentro do disco de acreção.

“Quanto mais maciço for o disco, mais frequentemente os neutrões são formados a partir de protões, com a captura de eletrões sob emissão de neutrinos, e estão disponíveis para a síntese de elementos pesados por meio do processo r”, explicou Oliver Just, em entrevista à Science Alert.

“Contudo, se a massa do disco for demasiado elevada, a reação inversa desempenha um papel acrescido para que mais neutrinos sejam recapturados por neutrões, antes de deixarem o disco. Estes neutrões são então convertidos novamente em protões, o que dificulta o processo r”, realça o astrofísico.

Os investigadores encontraram ouro aproximadamente com a mesma idade que a Terra, portanto com cerca de 4,5 mil milhões de anos, mas não têm a certeza sobre como se formou.

O Sol não é maciço o suficiente para fundir qualquer coisa em ouro ou prata. Na realidade, não pode fundir nada mais pesado do que o oxigénio, que tem 8 protões.

O ouro, por outro lado, é composto por 79 protões. Por isso, requer uma quantidade enorme de energia para se fundir. É possível que exista energia suficiente no gás e no pó que rodeia um buraco negro.

Assim, os anéis que usamos no dedo podem ter sido gerados por um buraco negro, há milhares de milhões de anos, e entregue à Terra através de asteroides e cometas.

Talvez até tenham existido na enorme nuvem que desabou e formou o nosso Sol. Se isto não é extraordinário, o que mais pode ser?

  ACL, ZAP //

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