As explosões mais poderosas do universo podem revelar de onde vem o ouro

 “A ideia para este estudo surgiu de conversas com meus filhos”

As explosões de raios gama, que são as mais intensas conhecidas no universo, podem ajudar a resolver um dos maiores mistérios da física: como os elementos mais pesados do universo, como o ouro, são criados. Um novo estudo sugere que a luz extremamente forte dessas explosões de raios gama pode ajudar formando esses elementos a partir das camadas externas de estrelas que estão morrendo.

Uma ilustração de uma explosão de raios gama. (Crédito da imagem: NASA, ESA e M. Kornmesser)

Pesquisas anteriores indicavam que, para criar elementos pesados como o ouro, é necessário um número enorme de nêutrons, que os núcleos dos átomos absorvem para ficar cada vez maiores. Por causa disso, “os cientistas achavam que esses elementos só podiam ser formados em lugares onde já existissem muitos nêutrons disponíveis”, explicou Matthew Mumpower, o físico que liderou o estudo no Laboratório Nacional de Los Alamos, no Novo México, em entrevista ao site Space.com.

Normalmente, os nêutrons estão presos dentro dos núcleos dos átomos ou na matéria de estrelas superpoderosas chamadas estrelas de nêutrons. Reações nucleares, como fissão ou fusão, podem liberar esses nêutrons para ajudar formando elementos pesados. Mas, segundo Mumpower, “os nêutrons livres geralmente se desfazem em cerca de 15 minutos”. Isso significa que só existem poucas situações raras em que há nêutrons livres em quantidade suficiente para criar elementos pesados. Uma dessas situações é a colisão catastrófica de duas estrelas de nêutrons.

“Eu estudo a origem dos elementos pesados há 20 anos”, disse Mumpower. “É um tema que me fascina porque há muitas perguntas sem resposta, o que o torna um dos problemas mais difíceis de resolver na física.”

Agora, Mumpower e seus colegas propõem uma nova forma de criar esses elementos pesados. Eles acreditam que fótons poderosos (partículas de luz) das explosões de raios gama podem gerar nêutrons.

“Se você tem fótons cheios de energia, eles produzem nêutrons, e com nêutrons você pode criar elementos pesados”, explicou Mumpower.

Esse novo cenário imagina uma estrela gigante morrendo quando seu combustível acaba. Sem energia para resistir à força de sua própria gravidade, o núcleo da estrela colapsa e forma um buraco negro. Essa morte violenta pode gerar explosões incrivelmente fortes de radiação – os raios gama.

As estrelas giram, assim como o nosso Sol, e se o buraco negro formado pela estrela morta girar rápido o suficiente, ele pode lançar um jato poderoso cheio de fótons de alta energia. Esse jato atinge as camadas externas da estrela moribunda, criando uma espécie de casulo quente de material. Nesse casulo, os pesquisadores acreditam que os fótons de alta energia do jato interagem com os núcleos dos átomos, transformando prótons em nêutrons em uma velocidade impressionante – em menos de um bilionésimo de segundo. Esses fótons também podem quebrar os núcleos dos átomos, liberando nêutrons livres.

Todos esses nêutrons podem, então, ajudar formando elementos pesados.

“A inspiração para este estudo veio de conversas com meus filhos”, contou Mumpower. “Eles adoram assistir vídeos em câmera lenta no YouTube, e uma noite, durante a pandemia, vimos um clipe incrível de um trem de carga atravessando uma pilha gigante de neve. A neve não sumiu – ela foi jogada para os lados e envolveu o trem.”

“E se esse trem fosse como um jato astrofísico cheio de fótons de alta energia, e a neve fosse uma estrela sendo destruída, criando um casulo quente capaz de gerar nêutrons””, pensou Mumpower. “Essa comparação foi o meu momento ”eureka”, que deu início a essa pesquisa.”

Essa nova descoberta pode explicar coisas estranhas encontradas antes, como certos materiais radioativos, como ferro-60 e plutônio-244, aparecendo juntos em sedimentos no fundo do mar na Terra. Estudos anteriores sugeriam que esses materiais vieram do espaço, mas a fusão de estrelas de nêutrons, que é uma das principais formas conhecidas de criar elementos pesados, não explica facilmente a presença deles.

Esses resultados também podem ajudar a entender a recente descoberta de uma kilonova – um brilho de luz visível e infravermelha – associada a explosões de raios gama de longa duração. Antes, as kilonovas eram ligadas principalmente à colisão de duas estrelas de nêutrons ou à fusão de uma estrela de nêutrons com um buraco negro, e não a estrelas em colapso.

Mumpower espera que observações futuras tragam provas claras que apoiem as novas descobertas da equipe. Por exemplo, telescópios que detectam luz, neutrinos e ondas gravitacionais poderiam acompanhar como uma estrela em colapso gera uma explosão de raios gama e uma kilonova. “Essas informações seriam a prova definitiva do mecanismo físico que estamos propondo”, disse ele.

Terrarara.com.br