Astrônomos identificam nova fonte de ouro no universo

Astrônomos têm buscado identificar as origens cósmicas dos elementos mais pesados, como o ouro, há décadas. Uma nova pesquisa, utilizando um sinal detectado em dados antigos de missões espaciais, pode indicar uma possível solução: os magnetares, ou estrelas de nêutrons altamente magnetizadas.

Cientistas consideram que hidrogênio, hélio e, em pequena medida, lítio, estavam presentes após o Big Bang, há 13,8 bilhões de anos.

Assim, estrelas em explosão lançaram elementos mais densos, como ferro, que foram absorvidos por estrelas e planetas recém-formados. Contudo, a dispersão do ouro, que é mais pesado que o ferro, no cosmos, tem sido um enigma para os astrofísicos.

“É uma questão bastante fundamental em termos da origem da matéria complexa no universo”, declarou 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.”

A produção cósmica de ouro só havia sido relacionada a colisões de estrelas de nêutrons.

Astrônomos detectaram uma colisão entre duas estrelas de nêutrons em 2017. O choque intenso gerou ondulações no espaço-tempo, denominadas ondas gravitacionais, e também liberou luz proveniente de uma explosão de raios gama. O evento de colisão, chamado quilonova, resultou na produção de elementos pesados, incluindo ouro, platina e chumbo. As quilonovas são comparadas a “fábricas” de ouro no espaço.

Eric Burns, professor assistente e astrofísico da Universidade Estadual da Louisiana em Baton Rouge, afirmou que a maioria das fusões de estrelas de nêutrons ocorreu nos últimos bilhões de anos.

Dados anteriormente indecifríveis 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 de nêutrons são os restos 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 estrelas de nêutrons com um campo magnético incrivelmente poderoso.

Os astrônomos continuam tentando determinar o processo de formação dos magnetares, mas acreditam que os primeiros magnetares surgiram após as primeiras estrelas, em torno de 200 milhões de anos após o início do universo, ou aproximadamente 13,6 bilhões de anos atrás, afirmou Burns.

Nos planetas, os terremotos acontecem devido ao movimento da camada interna fundida do planeta sobre a crosta, e quando a tensão se acumula, provoca um movimento repentino, o chão treme sob os pés.

“Nêutrons estelares possuem 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, há 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 identificaram evidências indicando que um magnetar libera material durante uma explosão gigante, porém não possuíam uma explicação física para a ejeção da massa da estrela, afirmou Patel. É provável que as explosões aqueçam e ejetem o material da crosta em altas velocidades, segundo recentes pesquisas 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 propuseram que as condições físicas desse estouro de massa eram favoráveis à produção de elementos pesados, afirmou Patel.

Mapeamento de um sinal estelar

A equipe de pesquisa desejava investigar uma possível ligação entre a radiação das explosões de magnetares e a formação de elementos pesados. Os cientistas buscaram por evidências em comprimentos de onda de luz visível e ultravioleta. Burns questionou se a explosão poderia gerar um feixe de raios gama rastreável. Ele analisou dados de raios gama da última explosão gigante de magnetar observada, que ocorreu em dezembro de 2004 e foi detectada pela missão INTEGRAL, agora inativa (Laboratório Internacional de Astrofísica de Raios Gama).

Os astrônomos identificaram e descreveram o sinal, porém não conseguiam compreendê-lo na época, afirmou Burns.

A previsão do modelo apresentado na pesquisa anterior de Metzger coincidia de perto com os dados de 2004. O raio gama apresentava-se de acordo com o que a equipe propôs, referente à criação e distribuição de elementos pesados em uma explosão gigante de magnetar.

Dados do programa RHESSI (Imageador Espectroscópico Solar de Alta Energia Reuven Ramaty) da Nasa e do satélite Wind corroboraram as descobertas da equipe. A pesquisa, financiada pelo governo federal em longo prazo, permitiu a identificação, afirmou 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. “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, afirmou 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 adicionem ingredientes errados em excesso, como um excesso de elétrons, em mistura, resultando em metais leves como zircônio ou prata, em vez de ouro ou urânio.

“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 estimam que explosões gigantes de magnetares poderiam ser responsáveis por até 10% dos elementos mais pesados que o ferro na Via Láctea, mas uma futura missão poderá fornecer uma estimativa mais precisa, afirmou 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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Fonte: CNN Brasil