Explosões dessas estrelas criam planetas inteiros feitos de ouro

Imagine uma estrela tão poderosa que suas explosões podem criar elementos preciosos como ouro e platina. Essa não é apenas uma ideia de ficção científica, mas uma descoberta recente que está iluminando novos caminhos na astrofísica. Astrônomos descobriram que uma explosão colossal de uma estrela supermagnetizada, conhecida como magnetar, pode ser a origem de alguns dos elementos mais raros do universo.

Conceito artístico mostra um magnetar — uma estrela de nêutrons com campo magnético extremo — liberando material no espaço em uma ejeção capaz de reduzir sua rotação. As linhas verdes representam seu campo magnético altamente distorcido, que direciona o fluxo de partículas eletricamente carregadas emitidas pelo astro. Crédito: NASA/JPL-Caltech 

O mistério do flash de 2004

Em dezembro de 2004, um observatório espacial capturou um flash de luz surpreendente de um magnetar, uma estrela envolta em campos magnéticos trilhões de vezes mais fortes que os da Terra. Essa explosão durou apenas alguns segundos, mas liberou mais energia do que o Sol em um milhão de anos. No entanto, um sinal menor e mais tardio, captado 10 minutos depois, deixou os cientistas intrigados por quase duas décadas.

Recentes descobertas feitas por astrônomos do Centro de Astrofísica Computacional do Instituto Flatiron revelaram que esse sinal marcava o nascimento raro de elementos pesados. A pesquisa, publicada no The Astrophysical Journal Leters, sugere que a explosão gerou uma quantidade de metais pesados equivalente a um terço da massa da Terra.

Brian Metzger, coautor do estudo e pesquisador da CCA, afirma que essa foi apenas a segunda vez que a formação desses elementos foi observada diretamente, a primeira sendo a fusão de estrelas de nêutrons. A descoberta representa um salto significativo na compreensão da produção de elementos pesados.

Na imagem, um jato fotônico de altíssima energia (em branco e azul) atravessa um colapsar com um buraco negro em seu núcleo. A área vermelha ao redor indica o casulo, onde ocorre a captura de nêutrons livres, ativando o processo-r — responsável pela criação de elementos pesados no universo. Crédito: Laboratório Nacional de Los Alamos

O enigma dos elementos pesados

A maior parte dos elementos que conhecemos não existia desde o início do universo. enquanto o Big Bang criou hidrogênio, hélio e um toque de lítio, quase tudo o mais foi forjado pelas estrelas. Embora os cientistas compreendam bem onde e como os elementos mais leves são formados, a origem de muitos dos elementos mais pesados, ricos em nêutrons, permanece um mistério.

Esses elementos são criados através de um conjunto de reações nucleares conhecidas como processo de captura rápida de neutrons, ou r-processo. Este processo requer um excesso de nêutrons livres, algo que só pode ser encontrado em ambientes extremos, como fusões de estrelas de nêutrons. Porém, até recentemente, os astrônomos não tinham provas de outros locais promissores para o r-processo.Universo

Em 2017, a colisão de duas estrelas de nêutrons forneceu a primeira confirmação de um local de r-processo, mostrando que seu ambiente rico em nêutrons é perfeito para a formação de elementos pesados. Mas logo ficou claro que essas colisões raras não podiam explicar todos os elementos r-processo que vemos hoje.

O papel dos magnetars

Suspeitas começaram a surgir de que os magnetars, com seu intenso magnetismo, poderiam também ser uma fonte de elementos r-processo. Em 2024, Metzger e seus colegas calcularam que explosões gigantes poderiam ejetar material da crosta de um magnetar para o espaço, onde os elementos pesados poderiam se formar.

Anirudh Patel, doutorando em Columbia e autor principal do estudo, destaca que é espantoso pensar que os metais preciosos em nossos dispositivos eletrônicos são criados em ambientes tão extremos. O estudo mostrou que essas explosões criam núcleos radioativos instáveis que decaem em elementos estáveis como o ouro, emitindo uma luz brilhante durante o processo.

Além disso, a equipe descobriu que o brilho resultante do decaimento radioativo seria visível como um surto de raios gama, uma forma de luz altamente energizada Quando compartilharam suas conclusões com astrônomos observacionais de raios gama, descobriram que um sinal semelhante havia sido detectado décadas atrás, mas nunca explicado.

Uma nova era de descobertas cósmicas

Os astrônomos estimam que a explosão de 2004 produziu cerca de 2 milhões de bilhões de bilhões de quilogramas de elementos pesados, equivalente a massa de Marte. Eles também sugerem que de um a 10% de todos os elementos r-processo em nossa galáxia foram criados por essas explosões gigantes. Mas saber a proporção exata ainda é um desafio.

Metzger menciona que não podemos descartar a existência de outros locais de formação de elementos que ainda não descobrimos. Patel adiciona que essas explosões gigantes podem ter ocorrido cedo na história galáctica, oferecendo uma solução para a presença de mais elementos pesados em galáxias jovens do que se poderia esperar apenas das fusões de estrelas de nêutrons.

Para precisar as porcentagens, mais explosões gigantes de magnetar precisam ser observados. Missões como o espectrômetro de raios gama da NASA, previsto para lançamento em 2027, ajudarão à capturar melhor esses sinais. Grandes explosões de magnetar parecem ocorrer a cada poucas décadas na Via Lactea, e cerca de uma vez por ano no universo visível, mas o desafio é detectá-los a tempo.

Metzger observa que, uma vez que um surto de raios gama é detectado, é preciso apontar um telescópio ultravioleta para a fonte em 10 à 15 minutos para ver o pico do sinal e confirmar a formação de elementos r-processo. Será uma perseguição emocionante.

Hypescience.com