p Desde a invenção da tabela periódica há 150 anos neste mês, os cientistas trabalharam para preencher as fileiras de elementos e dar sentido às suas propriedades. p Mas os pesquisadores também buscaram uma busca paralela:vasculhar o cosmos para descobrir de onde vieram todos os 118 elementos.

p Depois de séculos de esforço, eles determinaram que a vasta maioria dos elementos foram forjados nas vidas ígneas e nas mortes estranhas de estrelas. Eles agora permeiam galáxias, infundindo a próxima geração de estrelas e planetas com diversidade química.

p De fato, todos os elementos da Terra - exceto alguns feitos recentemente por humanos - foram herdados da nebulosa que deu origem ao nosso sistema solar 4,5 bilhões de anos atrás. Isso inclui o ferro em nossos arranha-céus, o silício em nossos computadores, o ouro em nossas joias, e o cálcio em nossos ossos.

p "Há uma conexão real entre nossa galáxia - nosso universo - e nossa humanidade por causa dos elementos." disse John Cowan, um astrofísico da Universidade de Oklahoma.

p Então, como a natureza preencheu a tabela periódica? A história começa no início.

p Bem no começo.

p Dentro de 15 minutos do Big Bang, átomos de hidrogênio (número atômico 1) coalesceram a nuvem de partículas recém-nascidas à medida que ela se expandia e esfriava. Alguns deles rapidamente se combinaram para formar o hélio (número atômico 2).

p Esses dois elementos ainda constituem 98 por cento do universo, e eles são os ingredientes principais das estrelas. Uma astrônoma pioneira chamada Cecilia Payne-Gaposchkin descobriu isso quando publicou a primeira estimativa precisa da composição do Sol em 1925, derrubando a crença predominante de que era semelhante à da Terra.

p As primeiras estrelas se formaram cerca de 100 milhões de anos após o Big Bang, disse Jennifer Johnson, um astrônomo da Ohio State University que escreveu uma revisão das origens elementares na edição de sexta-feira da Science para comemorar o sesquicentenário da tabela periódica.

p Essas estrelas eram massivas, e por milhões de anos, eles geraram energia "queimando" hidrogênio - combinando átomos em hélio por meio da fusão nuclear, como o sol faz hoje.

p Eventualmente, Contudo, todas as estrelas ficam sem combustível de hidrogênio. Em seguida, eles começam a fazer elementos cada vez mais pesados ​​em um ritmo cada vez mais frenético, preencher as próximas três linhas da tabela periódica no processo.

p Por um tempo, eles queimam hélio em carbono (número atômico 6) e oxigênio (número atômico 8). Nos séculos finais da vida de uma estrela massiva, ele converte carbono em elementos como sódio (número atômico 11) e magnésio (número atômico 12).

p Nas últimas semanas, átomos de oxigênio se fundem em silício (número atômico 14), fósforo (número atômico 15), e enxofre (número atômico 16). E nos últimos dias da longa vida de uma estrela, produz metais como o ferro (número atômico 26).

p Há algo maravilhosamente prosaico nisso, Disse Johnson. "Essa é uma escala de tempo humana."

p Em seguida, vem o que os astrônomos sinistramente chamam de "catástrofe de ferro". A fusão não pode combinar elementos mais pesados ​​que o ferro, então a estrela fica sem suco.

p "Ele entra em queda livre, "Disse Johnson.

p Em menos de um segundo, a estrela colapsa sobre si mesma e, em seguida, explode como uma supernova - expelindo seus elementos recém-cunhados no universo.

p Supernovas também podem liberar raios cósmicos que separam átomos maiores para criar lítio (número atômico 3), berílio (número atômico 4) e boro (número atômico 5). Este processo é a principal fonte desses elementos no universo.

p Que os elementos até o ferro foram cozidos nas estrelas foi mais ou menos resolvido por décadas, graças ao trabalho do astrônomo britânico Fred Hoyle. As origens do resto dos elementos são mais difíceis de definir.

p O início de uma resposta veio em um artigo marcante de 1957, escrito pela astrônoma do Caltech Margaret Burbidge e seu marido, George, junto com Hoyle e outro cientista proeminente, William Fowler. (O papel, que começa com as reflexões de Shakespeare sobre as estrelas, desde então se tornou tão famoso que os cientistas simplesmente se referem a ele como B2FH, para as iniciais de seus autores.)

p Elementos pesados ​​se formam quando um átomo-semente, como o carbono ou o ferro, é bombardeado com nêutrons e os captura em seu núcleo.

p "Ele engole todos eles, "disse Anna Frebel, um astrônomo do MIT. "Então a questão é, gosta ou não gosta? E normalmente, não faz. "Assim, o átomo sofre decaimento radioativo, e finalmente surge como um elemento mais pesado e estável.

p O B2FH expôs a física de como esse processo poderia acontecer de forma rápida ou lenta.

p Um candidato óbvio para o processo rápido era o caos de uma supernova. Mas nos últimos anos, os cientistas começaram a questionar essa ideia. "Provavelmente não há potência suficiente, mesmo em uma explosão massiva de supernova para criar todos esses elementos, "Frebel disse.

p Algumas das evidências vêm da pesquisa de Frebel em uma pequena galáxia que continha montes de ouro e outros elementos pesados. Se todos eles tivessem sido o resultado de supernovas, teria exigido tantos que "você vai explodir a galáxia, " ela disse.

p Em vez de, os cientistas começaram a favorecer um fenômeno diferente:fusões entre estrelas de nêutrons.

p Estrelas de nêutrons são esferas ultradensas deixadas para trás após a morte de estrelas massivas. Eles podem ter diâmetros tão pequenos quanto 12 milhas e massas até 2,5 vezes a do sol. Ocasionalmente, dois deles ficam presos em um tango mortal, espiralando um em direção ao outro até que eles colidam.

p Essas fusões liberam uma chuva de nêutrons intensa o suficiente para criar os elementos mais pesados ​​do universo, como urânio (número atômico 92) e plutônio (número atômico 94).

p Essa ideia foi reforçada em 2017, quando o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory detectou uma colisão de estrelas de nêutrons pela primeira vez. Os pesquisadores estudaram a luz da explosão e encontraram as impressões digitais reveladoras de elementos pesados, incluindo ouro.

p Os cientistas ainda precisam determinar os papéis relativos das superovas e fusões de estrelas de nêutrons. Mas Frebel disse que os cientistas estão cada vez mais perto de compreender a origem de cada elemento.

p "A última grande lacuna foi fechada, "ela disse." Isso é simplesmente bom. "

p As primeiras fusões de estrelas de nêutrons ocorreram depois que a primeira geração de estrelas morreu, e eles espalharam o cosmos com todos os tipos de novos átomos.

p Isso inclui alguns que são tão instáveis ​​que não existem em nosso sistema solar hoje - exceto por alguns milissegundos no laboratório de um pesquisador.

p "Você vibra em toda a tabela periódica, "Disse Johnson." Então, cerca de 200 milhões de anos após o Big Bang, você fez um pouco de cada elemento. "

p Mas a composição do universo continuou mudando. Nos próximos 1 bilhão de anos, novos processos cósmicos começaram a aumentar a abundância de certos elementos à medida que estrelas menores começaram a se formar.

p Essas estrelas não são grandes o suficiente para produzir nada mais pesado do que carbono e oxigênio - ou explodir como supernovas massivas. Em vez de, quando a fusão em seus núcleos cessa, eles se decompõem em anãs brancas.

p Anãs brancas podem colidir, desencadeando um processo de fusão descontrolado que converte quase tudo na estrela em ferro. "Você pode criar basicamente uma bomba de ferro, "Frebel disse.

p Antes disso, durante suas mortes prolongadas, algumas estrelas de baixa massa também podem incubar elementos pesados. Os nêutrons que sobraram de seus dias de queima de hélio se acumulam nos núcleos de outros elementos a uma taxa de cerca de um a cada poucas semanas ou meses, gradualmente construindo átomos mais pesados ​​que avançam na tabela periódica.

p São necessários mais de 100 nêutrons capturados para converter um átomo de ferro em um elemento de terra rara como o lantânio (número atômico 57) ou lutécio (número atômico 71). Contudo, existem muitas dessas estrelas, e eles ficam por aí por muito tempo, portanto, eles produzem cerca de metade dos elementos mais pesados ​​que o ferro.

p Um astrônomo chamado Paul Merrill encontrou evidências desse processo em 1951. Trabalhando no Observatório Mount Wilson acima de Los Angeles, ele identificou o elemento radioativo tecnécio (número atômico 43) em uma enfermidade, estrela antiga.

p Os cientistas sabiam que o tecnécio era instável e decaiu rapidamente. Isso significava que não poderia ter sido herdado por uma estrela que já tinha bilhões de anos, Merrill percebeu. A única maneira de o elemento ter chegado lá era se a estrela o tivesse feito.

p Hoje, 13,8 bilhões de anos após o Big Bang, as estrelas converteram cerca de 2% do hidrogênio e hélio do universo em outros elementos.

p Eles agora existem em quantidades variáveis, dependendo da frequência e produtividade dos processos que os criam. Platina (número atômico 78), por exemplo, é um milhão de vezes mais raro do que o ferro porque as fusões de estrelas de nêutrons não acontecem com muita frequência. (Essa é uma razão pela qual os metais preciosos são preciosos, Cowan disse.)

p A presença de elementos como carbono e oxigênio ajudou a resfriar os cantos da galáxia para que estrelas menores como o sol pudessem se formar. E o aparecimento de metais permitiu que sistemas solares emergissem dos discos de gás e poeira que giravam em torno dessas novas estrelas.

p "Agora há lixo suficiente no disco para que você possa formar planetas, "Disse Johnson." Quanto mais ferro comparado ao hidrogênio, é mais provável que encontremos um Júpiter. "

p O aumento da proporção de ferro para elementos como oxigênio também aumentou as chances de formar planetas rochosos com grandes núcleos, como a Terra. (Núcleos grandes podem servir a muitas funções, incluindo a geração de um campo magnético que protege a vida.)

p Conforme o universo envelhece, os elementos dentro dele ficarão mais pesados. E em cerca de 10 trilhões de anos, quando a formação de estrelas fracassou, sua composição parará de mudar.

p Há um debate sobre quanto hidrogênio restará nesse ponto. Johnson acha que uma boa quantidade permanecerá no meio intergaláctico, enquanto Frebel suspeita que a maior parte dele terá sido transformado.

p Mas ainda existirá em outro sentido, ela disse, uma vez que todos os elementos são, na verdade, apenas rearranjos dos átomos de hidrogênio que se formaram nos primeiros minutos após o Big Bang. Eles têm revirado o cosmos desde então, em um elemento ou outro. Alguns acabaram aqui na Terra, onde eles fazem tudo. Incluindo nós.

p O amado astrônomo Carl Sagan gostava de dizer que "somos feitos de estrelas".

p Isso não é tudo, Fredel disse:"Nós também somos coisas do Big Bang." p © 2019 Los Angeles Times
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