Pesquisadores descobrem possível explicação para a distribuição de elementos pesados no cosmos através de dados de missões espaciais antigas
Este conteúdo foi originalmente publicado em Cientistas dizem ter achado outra fonte de ouro no cosmos no site CNN Brasil. Tecnologia, Espaço, Ouro CNN Brasil
Astrônomos têm tentado determinar as origens cósmicas dos elementos mais pesados, como o ouro, há décadas. Agora, uma nova pesquisa baseada em um sinal descoberto em dados arquivados de missões espaciais pode apontar para uma possível pista: os magnetares, ou estrelas de nêutrons altamente magnetizadas.
Cientistas acreditam que elementos mais leves como hidrogênio e hélio, e até mesmo uma pequena quantidade de lítio, provavelmente existiam logo depois de o Big Bang ter criado o universo, há 13,8 bilhões de anos.
Então, estrelas em explosão liberaram elementos mais pesados como ferro, que foram incorporados em estrelas e planetas recém-nascidos. Mas a distribuição do ouro, que é mais pesado que o ferro, por todo o universo tem representado um mistério para os astrofísicos.
“É uma questão bastante fundamental em termos da origem da matéria complexa no universo”, disse Anirudh Patel, autor principal do estudo publicado na terça-feira (29) no The Astrophysical Journal Letters e doutorando em física na Universidade Columbia em Nova York, em um comunicado. “É um quebra-cabeça divertido que ainda não foi realmente resolvido.”
Anteriormente, a produção cósmica de ouro só havia sido relacionada a colisões de estrelas de nêutrons.
Astrônomos observaram uma colisão entre duas estrelas de nêutrons em 2017. O choque cataclísmico liberou ondulações no espaço-tempo, conhecidas como ondas gravitacionais, bem como luz de uma explosão de raios gama. O evento da colisão, conhecido como quilonova, também criou elementos pesados como ouro, platina e chumbo. As quilonovas têm sido comparadas a “fábricas” de ouro no espaço.
Acredita-se que a maioria das fusões de estrelas de nêutrons ocorreu apenas nos últimos bilhões de anos, disse o coautor do estudo Eric Burns, professor assistente e astrofísico da Universidade Estadual da Louisiana em Baton Rouge.
Mas dados anteriormente indecifráveis de 20 anos atrás de telescópios da Nasa e da Agência Espacial Europeia sugerem que explosões de magnetares que se formaram muito antes – durante a infância do universo – podem ter fornecido outra maneira para a criação do ouro, disse Burns.
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Estrelas explodidas
Estrelas de nêutrons são os remanescentes dos núcleos de estrelas explodidas, e são tão densas que 1 colher de chá do material da estrela pesaria 1 bilhão de toneladas na Terra. Magnetares são um tipo extremamente brilhante de estrela de nêutrons com um campo magnético incrivelmente poderoso.
Os astrônomos ainda estão tentando descobrir exatamente como os magnetares se formam, mas teorizam que os primeiros magnetares provavelmente apareceram logo após as primeiras estrelas, dentro de cerca de 200 milhões de anos do início do universo, ou cerca de 13,6 bilhões de anos atrás, disse Burns.
Na Terra, terremotos ocorrem porque o núcleo derretido da Terra causa movimento na crosta do planeta, e quando tensão suficiente se acumula, resulta em movimento volátil, ou o solo tremendo sob seus pés. Os terremotos estelares são similares, disse Burns.
“Estrelas de nêutrons têm uma crosta e um núcleo superfluido”, disse Burns em um e-mail. “O movimento sob a superfície acumula tensão na superfície, que pode eventualmente causar um terremoto estelar. Nos magnetares, esses terremotos estelares produzem explosões muito curtas de raios-X. Assim como na Terra, você tem períodos em que uma determinada estrela está particularmente ativa, produzindo centenas ou milhares de explosões em algumas semanas. E similarmente, de vez em quando, ocorre um terremoto particularmente poderoso.”
Os pesquisadores encontraram evidências sugerindo que um magnetar libera material durante uma explosão gigante, mas não tinham uma explicação física para a ejeção da massa da estrela, disse Patel. É provável que as explosões aqueçam e ejetem o material da crosta em altas velocidades, de acordo com pesquisas recentes de vários coautores do novo estudo, incluindo o orientador de Patel, Brian Metzger, professor de física na Universidade Columbia e cientista sênior de pesquisa no Instituto Flatiron em Nova York.
“Eles levantaram a hipótese de que as condições físicas dessa ejeção explosiva de massa eram promissoras para a produção de elementos pesados”, disse Patel.
Mapeando um sinal estelar
A equipe de pesquisa estava curiosa para ver se poderia haver uma conexão entre a radiação das explosões de magnetares e a formação de elementos pesados. Os cientistas procuraram evidências em comprimentos de onda de luz visível e ultravioleta. Burns questionou se a explosão poderia criar um raio gama rastreável. Ele analisou dados de raios gama da última explosão gigante de magnetar observada, que apareceu em dezembro de 2004 e foi capturada pela agora aposentada missão INTEGRAL (Laboratório Internacional de Astrofísica de Raios Gama).
Os astrônomos haviam encontrado e caracterizado o sinal, mas não sabiam como interpretá-lo na época, disse Burns.
A previsão do modelo proposto pela pesquisa anterior de Metzger correspondia de perto ao sinal dos dados de 2004. O raio gama se assemelhava ao que a equipe propôs que seria a criação e distribuição de elementos pesados em uma explosão gigante de magnetar.
Dados do aposentado RHESSI (Imageador Espectroscópico Solar de Alta Energia Reuven Ramaty) da Nasa e do satélite Wind também apoiaram as descobertas da equipe. A pesquisa financiada pelo governo federal a longo prazo possibilitou a descoberta, disse Burns.
“Quando inicialmente construímos nosso modelo e fizemos nossas previsões em dezembro de 2024, nenhum de nós sabia que o sinal já estava nos dados. E nenhum de nós poderia imaginar que nossos modelos teóricos se encaixariam tão bem nos dados. Foi uma temporada de festas muito emocionante para todos nós”, disse Patel. “É muito legal pensar que parte do material no meu telefone ou laptop foi forjado nessa explosão extrema ao longo da história da nossa galáxia.”
A Dra. Eleonora Troja, professora associada da Universidade de Roma que liderou a descoberta de raios X emitidos pela colisão de estrelas de nêutrons em 2017, disse que a evidência da criação de elementos pesados do evento do magnetar “não é de forma alguma comparável às evidências coletadas em 2017.” Troja não participou do novo estudo.
“A produção de ouro a partir deste magnetar é uma possível explicação para seu brilho de raios gama, uma entre muitas outras, como o artigo honestamente discute em seu final”, disse Troja. Troja acrescentou que magnetares são “objetos muito confusos”. Dado que produzir ouro pode ser um processo complicado que requer condições específicas, é possível que magnetares possam adicionar ingredientes errados em excesso, como um excesso de elétrons, à mistura, resultando em metais leves como zircônio ou prata, em vez de ouro ou urânio.
“Portanto, eu não iria tão longe a ponto de dizer que uma nova fonte de ouro foi descoberta”, disse Troja. “Em vez disso, o que foi proposto é um caminho alternativo para sua produção.”
Os pesquisadores acreditam que explosões gigantes de magnetar poderiam ser responsáveis por até 10% dos elementos mais pesados que o ferro na Via Láctea, mas uma futura missão poderia fornecer uma estimativa mais precisa, disse Patel. A missão Compton Spectrometer and Imager (COSI) da Nasa, com lançamento previsto para 2027, poderá dar seguimento às descobertas do estudo. O telescópio de raios gama de campo amplo é projetado para observar explosões gigantes de magnetar e identificar elementos criados dentro delas. O telescópio poderia ajudar os astrônomos a procurar outras fontes potenciais de elementos pesados em todo o universo, disse Patel.
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