Estrelas antigas produziam elementos extraordinariamente pesados

Quão pesado pode ser um elemento? Uma equipe internacional de pesquisadores descobriu que estrelas antigas eram capazes de produzir elementos com massas atômicas superiores a 260, mais pesadas do que qualquer elemento da tabela periódica encontrado naturalmente na Terra. A descoberta aprofunda a nossa compreensão da formação de elementos nas estrelas.

 A região extremamente populada do Centro Galáctico. Crédito: NASA, JPL-Caltech, Susan Stolovy (SSC/Caltech) et al. 

Somos, literalmente, feitos de matéria estelar. As estrelas são fábricas de elementos, onde os elementos constantemente se fundem ou se separam para criar outros elementos mais leves ou mais pesados. Quando nos referimos a elementos leves ou pesados, estamos falando de sua massa atômica. Em termos gerais, a massa atômica é baseada no número de prótons e nêutrons no núcleo de um átomo desse elemento.

Os elementos mais pesados ​​só são criados em estrelas de nêutrons por meio do processo rápido de captura de nêutrons, ou processo r. Imagine um único núcleo atômico flutuando em uma sopa de nêutrons. De repente, um monte desses nêutrons ficam presos ao núcleo em um período de tempo muito curto – geralmente em menos de um segundo – e depois passam por algumas mudanças internas de nêutron para próton, e pronto! Forma-se um elemento pesado, como ouro, platina ou urânio.

Os elementos mais pesados ​​são instáveis ​​ou radioativos, o que significa que decaem com o tempo. Uma maneira de fazer isso é por divisão, um processo chamado fissão.

“O processo-r é necessário se quisermos produzir elementos mais pesados ​​do que, digamos, o chumbo e o bismuto”, diz Ian Roederer, professor associado de física na Universidade Estadual da Carolina do Norte e principal autor da pesquisa. Roederer esteve anteriormente na Universidade de Michigan.

“Você tem que adicionar muitos nêutrons muito rapidamente, mas o problema é que você precisa de muita energia e de muitos nêutrons para fazer isso”, diz Roederer. “E o melhor lugar para encontrar ambos é no nascimento ou morte de uma estrela de nêutrons, ou quando as estrelas de nêutrons colidem e produzem a matéria-prima para o processo.

“Temos uma ideia geral de como funciona o processo-r, mas as condições do processo são bastante extremas”, diz Roederer. “Não temos uma boa noção de quantos tipos diferentes de locais no universo podem gerar o processo r, não sabemos como o processo r termina e não podemos responder a perguntas como quantos nêutrons você pode adicionar? Ou quão pesado pode ser um elemento? Por isso decidimos olhar para elementos que poderiam ser produzidos por fissão em algumas estrelas antigas bem estudadas para ver se poderíamos começar a responder a algumas destas questões.”

A equipe analisou novamente a quantidade de elementos pesados ​​em 42 estrelas bem estudadas da Via Láctea. As estrelas eram conhecidas por terem elementos pesados ​​formados pelo processo r nas gerações anteriores de estrelas. Ao adoptarem uma visão mais ampla das quantidades de cada elemento pesado encontrado colectivamente nestas estrelas, em vez de individualmente, como é mais comum, identificaram padrões anteriormente não reconhecidos.

Esses padrões sinalizaram que alguns elementos listados perto do meio da tabela periódica – como a prata e o ródio – eram provavelmente restos da fissão de elementos pesados. A equipe conseguiu determinar que o processo r pode produzir átomos com massa atômica de pelo menos 260 antes da fissão.

“Esse 260 é interessante porque não detectamos anteriormente nada tão pesado no espaço ou naturalmente na Terra, mesmo em testes de armas nucleares”, diz Roederer. “Mas vê-los no espaço dá-nos orientação sobre como pensar sobre modelos e fissão – e pode dar-nos uma ideia de como surgiu a rica diversidade de elementos.”

O trabalho aparece na Science e foi apoiado em parte pela National Science Foundation e pela National Aeronautics and Space Administration.

Fonte: Universidade Estatal da Carolina do Norte