Não foram as estrelas de neutrões. A origem do ouro do Universo voltou a ser um mistério

JPL-Caltech / NASA

Quando a humanidade detetou a colisão entre duas estrelas de neutrões em 2017, confirmou a teoria de longa data que as explosões criam elementos mais pesados do que o ferro. Assim, pensou-se ter a resposta para a questão de como estes elementos – incluindo ouro – se propagaram por todo o Universo.

No entanto, de acordo com o ScienceAlert, uma nova análise revelou um problema. Segundo os novos modelos de evolução química galáctica, as colisões de estrelas de neutrões não conseguem produzir tanta abundância de elementos pesados encontrados na galáxia da Via Láctea.

As estrelas são as forjas que produzem a maioria dos elementos do Universo. No início do Universo, depois do plasma de quarks e gluões primordial arrefecer o suficiente para se aglutinar em matéria, formou hidrogénio e hélio – os dois elementos mais abundantes no Universo.

O resto dos elementos que ocorrem naturalmente são feitos por diferentes processos nucleares que acontecem dentro das estrelas. A massa governa exatamente que elementos são forjados, mas todos são libertados nas galáxias nos momentos finais das estrelas.

“As reações que fazem estes elementos também fornecem a energia que mantém as estrelas a brilhar por milhares de milhões de anos. Conforme as estrelas envelhecem, produzem elementos cada vez mais pesados ​​conforme o seu interior se aquece”, disse Amanda Karakas, astrofísica da Monash University e do ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D), em comunicado.

Pensava-se que metade de todos os elementos mais pesados ​​do que o ferro – como o tório e o urânio eram criados quando estrelas de neutrões colidiam umas com as outras. Há muito tempo teorizado, colisões de estrelas de neutrões não foram confirmadas até 2017.

Agora, novas análises feitas por Karakas e os seus colegas Chiaki Kobayashi e Maria Lugaro revelam que o papel das estrelas de netrões pode ter sido consideravelmente superestimado – e que outro processo estelar é responsável por criar a maioria dos elementos pesados.

“As fusões de estrelas de neutrões não produziram suficientes elementos pesados no início da vida do Universo, e ainda não produzem agora, 14 mil milhões de anos depois”, disse Karakas. “O Universo não os tornou suficientemente rápidos para explicar a presença em estrelas muito antigas e, no geral, não há colisões suficientes para explicar a abundância destes elementos hoje.”

Em vez disso, os cientistas descobriram que elementos pesados ​​precisavam de ser criados por um tipo totalmente diferente de fenómeno estelar – supernovas incomuns que colapsam enquanto giram muito depressa e geram fortes campos magnéticos.

Este estudo, que foi publicado este mês na revista científica The Astrophysical Journal, é a primeira vez que as origens estelares de todos os elementos que ocorrem naturalmente, do carbono ao urânio, foram calculadas a partir dos primeiros princípios.

Segundo os cientistas, a nova modelagem mudará substancialmente o modelo atualmente aceite de como o Universo evoluiu.

“Por exemplo, construímos este novo modelo para explicar todos os elementos de uma vez e encontrámos prata suficiente, mas não ouro suficiente“, disse Kobayashi, da Universidade de Hertfordshire. “A prata é superproduzida, mas o ouro é subproduzido no modelo em comparação com as observações. Isto significa que podemos precisar de identificar um novo tipo de explosão estelar ou reação nuclear.”

“Mesmo as estimativas mais otimistas da frequência de colisão de estrelas de neutrões simplesmente não conseguem explicar a abundância destes elementos no Universo”, disse Karakas. “Isso foi uma surpresa. Parece que supernovas giratórias com fortes campos magnéticos são a fonte real da maioria desses elementos.”

A coautora, Maria Lugaro, que ocupa cargos no Observatório Konkoly e na Universidade Monash, acredita que o mistério do ouro pode ser resolvido em breve.

“Novas descobertas são esperadas de instalações nucleares em todo o mundo, incluindo Europa, Estados Unidos e Japão, atualmente visando núcleos raros associados com fusões de estrelas de nêutrons”, disse Lugaro. “As propriedades desses núcleos são desconhecidas, mas controlam fortemente a produção da abundância de elementos pesados. O problema astrofísico do ouro ausente pode, de facto, ser resolvido por uma experiência de física nuclear.”