Onde vem o ouro, o metal precioso cobiçado pelos mortais através dos tempos, vem de onde? Quão, onde e quando foi produzido? Último agosto, uma única observação astrofísica finalmente nos deu a chave para responder a essas perguntas. Os resultados desta pesquisa foram publicados em 16 de outubro, 2017

O ouro pré-existe a formação da Terra:isso é o que o diferencia, por exemplo, diamante. Por mais valioso que seja, esta pedra preciosa nasce do mero carvão, cuja estrutura atômica é modificada por enorme pressão da crosta terrestre. O ouro é totalmente diferente - as forças mais fortes do manto terrestre são incapazes de alterar a composição de seu núcleo atômico. Uma pena para os alquimistas que sonhavam em transformar o chumbo em ouro.

No entanto, existe ouro na Terra, tanto em seu núcleo profundo, onde migrou junto com elementos pesados, como chumbo ou prata, e na crosta do planeta, que é de onde extraímos este metal precioso. Enquanto o ouro no núcleo já estava lá na formação do nosso planeta, que na crosta é principalmente extraterrestre e chegou após a formação da Terra. Foi trazido por uma gigantesca chuva de meteoros que bombardeou a Terra (e a Lua) há cerca de 3,8 bilhões de anos.

Formação de elementos pesados

Como o ouro é produzido no universo? Os elementos mais pesados ​​que o ferro, incluindo ouro, são parcialmente produzidos pelo s processo durante as fases finais de evolução das estrelas. É um processo lento ( s significa lento) que opera no núcleo do que é conhecido como estrelas AGB - aquelas de massa baixa e intermediária (menos de 10 massas solares) que podem produzir elementos químicos até polônio. A outra metade dos elementos pesados ​​é produzida pela r processo ( r significa rápido). Mas o local onde esse processo de síntese de nucleo ocorre há muito permanece um mistério.

Para entender a descoberta possibilitada pelo dia 17 de agosto, 2017, observação, precisamos entender o científico status quo que existia de antemão. Por cerca de 50 anos, a suposição dominante entre a comunidade científica era que o r O processo ocorreu durante a explosão final de estrelas massivas (os especialistas falam de uma supernova em colapso do núcleo). De fato, a formação de elementos leves (aqueles até o ferro) implica reações nucleares que garantem a estabilidade das estrelas ao neutralizar a contração induzida pela gravidade. Para elementos mais pesados ​​- aqueles de ferro e além - é necessário adicionar energia ou seguir caminhos muito específicos, tais como o s e r processos. Os pesquisadores acreditaram que o r processo pode ocorrer na matéria ejetada da explosão de estrelas massivas, captando uma parte da energia liberada e participando da disseminação do material no meio interestelar.

Apesar da simplicidade desta explicação, A modelagem numérica de supernovas provou ser extremamente complicada. Após 50 anos de esforços, os pesquisadores apenas começaram a entender seu mecanismo. A maioria dessas simulações, infelizmente, não fornece as condições físicas para o r processo.

No entanto, essas condições são bastante simples:você precisa de muitos nêutrons e de um ambiente realmente quente.

Fusão de estrelas de nêutrons

Na última década ou assim, alguns pesquisadores começaram a investigar seriamente um cenário alternativo do local de produção de elementos pesados. Eles focaram sua atenção nas estrelas de nêutrons. Como convém ao seu nome, eles constituem um reservatório gigantesco de nêutrons, que são lançados ocasionalmente. O mais forte desses lançamentos ocorre durante a fusão, em um sistema binário, também chamado de kilonova. Existem várias assinaturas desse fenômeno que felizmente foram vistas em 17 de agosto:uma emissão de onda gravitacional culminando uma fração de segundo antes da fusão final das estrelas e uma explosão de luz altamente energética (conhecida como explosão de raios gama) emitida por um jato de matéria se aproximando da velocidade da luz. Embora essas explosões tenham sido observadas regularmente por várias décadas, somente a partir de 2015 é que as ondas gravitacionais podem ser detectadas na Terra graças aos interferômetros de Virgem e LIGO.

O dia 17 de agosto continuará sendo uma data importante para a comunidade científica. De fato, marca a primeira detecção simultânea da chegada de ondas gravitacionais - cuja origem no céu foi bastante bem identificada - e uma explosão de raios gama, cuja origem também era bastante bem localizada e coincidia com a primeira. Emissões de explosão de raios gama são focadas em um cone estreito, e a sorte dos astrônomos foi que este foi emitido na direção da Terra.

Nos dias seguintes, telescópios analisaram continuamente a luz desta kilonova e encontraram a confirmação da produção de elementos mais pesados ​​que o ferro. Eles também foram capazes de estimar a frequência do fenômeno e a quantidade de material ejetado. Essas estimativas são consistentes com a abundância média dos elementos observados em nossa galáxia.

Em uma única observação, a hipótese que prevaleceu até agora - de um r processo que ocorre exclusivamente durante as supernovas - agora está seriamente em questão e agora é certo que o r o processo também ocorre em kilonovae. A respectiva contribuição de supernovas e quilonovas para a síntese do núcleo dos elementos pesados ​​ainda precisa ser determinada, e isso será feito com o acúmulo de dados relacionados às próximas observações. A observação de 17 de agosto por si só já permitiu um grande avanço científico para o entendimento global da origem dos elementos pesados, incluindo ouro.

Uma nova janela para o universo

Uma nova janela para o universo acaba de ser aberta, como o dia em que Galileu focalizou o primeiro telescópio no céu. Os interferômetros de Virgem e LIGO agora permitem "ouvir" os fenômenos mais violentos do universo, e imensas perspectivas se abriram para os astrônomos, astrofísicos, físicos de partículas e físicos nucleares. Esta conquista científica só foi possível graças à colaboração frutífera entre nações altamente solidárias, em particular os Estados Unidos, Alemanha, França e Itália. Como um exemplo, existe apenas um laboratório no mundo capaz de atingir a precisão necessária para os espelhos refletindo lasers, LMA em Lyon, França. Novos interferômetros estão em desenvolvimento no Japão e na Índia, e esta lista certamente se tornará mais longa, dadas as enormes descobertas esperadas para o futuro.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.