Astrônomos encontram objeto capaz de produzir a massa de 1 planeta em ouro!

Os elementos mais leves da tabela periódica, como hidrogênio e hélio, foram formados nos primeiros minutos após o Big Bang. Eles são responsáveis pela composição das primeiras estrelas que se formaram. A partir dessas estrelas, elementos um pouco mais pesados, como carbono, oxigênio e ferro, foram produzidos através da fusão nuclear e espalhados pelo espaço quando elas entraram em supernova.

O mistério começa a partir do elemento de ferro que é o limite que uma estrela consegue chegar fundindo e mantendo o equilíbrio hidrostático. A formação de elementos ainda mais pesados como ouro, platina e urânio eram um grande ponto de interrogação. Apenas recentemente, observações mostraram que eventos energéticos, como a fusão de estrelas de nêutrons, poderiam criar esses metais através do processo de captura rápida de nêutrons, conhecido como processo-r.

Um novo artigo publicado recentemente mostrou que é possível que esses elementos pesados se formem através de flares de magnetares. Segundo os astrônomos que analisaram esses flares, um único flare gerou o equivalente à massa de Marte em metais como ouro, platina e urânio. Essa observação fornece uma nova explicação para a origem desses elementos e ajuda a explicar o mistério de como metais pesados surgiram naturalmente no Universo.

Magnetares

Magnetares são um tipo especial de estrela de nêutrons que tem campos magnéticos extremamente intensos com trilhões de vezes a intensidade do campo magnético terrestre. Os campos magnéticos de um magnetar são os campos magnéticos mais fortes já observados no Universo. Instabilidades magnéticas e o momento angular herdado do colapso de estrelas massivas geram esses campos magnéticos.

Algumas dessas emissões de radiação eletromagnética acontecem através de explosões de energia conhecidas como flares. Esses flares geram emissões de raios-X e raios gama que são observados aqui na Terra e podem dar informações sobre o ambiente do magnetar. Esse ambiente é propício para formação de elementos pesados já que são ambientes energéticos e densos.

Mistério de 2004

Em dezembro de 2004, astrônomos observaram, através de telescópios espaciais, uma explosão extremamente brilhante e intenso. Após observações e análises posteriores, a explosão foi rastreada como um flare de um magnetar. Além disso, esse flare de radiação havia durado apenas alguns segundos mas liberou mais energia do que o Sol em um milhão de anos.

Esse evento foi um dos mais energéticos já observados e chama atenção dos astrônomos até hoje. No entanto, um mistério permanecia quando um segundo sinal, mais fraco, foi detectado cerca de 10 minutos após a explosão principal. Nessas duas décadas após a observação, diversos astrônomos tentaram explicar o pico secundário mas ele não se encaixava nos modelos conhecidos.

Flares que produzem elementos pesados

Um novo artigo publicado fez uma análise desse evento de 2004 estudando os dois picos de observados. Com a nova análise, os pesquisadores estimaram que a explosão produziu o equivalente a cerca de 2 vezes a massa de Marte em metais pesados como outro, platina e urânio. Isso explicaria o processo associado ao pico secundário que permanecia um mistério. Além disso, outro problema foi resolvido com essa descoberta.

Apenas as colisões de estrelas de nêutrons não eram o suficiente para explicar a quantidade de elementos pesados observados. E também presença de grandes quantidades desses elementos em galáxias muito jovens, onde não houve tempo suficiente para colisões de estrelas de nêutrons ocorrerem. Com essa descoberta, é possível estimar que que entre 1% e 10% dos elementos pesados podem ser formados por esses flares.

Processo de captura de nêutrons

O processo responsável pela formação de elementos pesados, tanto na colisão de estrelas de nêutrons quanto nos flares, é chamado de processo de captura rápida de nêutrons ou r-process. Esse processo ocorre quando núcleos atômicos absorvem nêutrons livres em alta velocidade antes que possam decair radioativamente. Para que isso aconteça, é necessário um ambiente extremamente rico em nêutrons.

Em condições extremas, como nas colisões e em magnetares, os nêutrons estão tão densamente concentrados que os núcleos atômicos incorporam dezenas deles em frações de segundo e formam elementos pesados. A confirmação observacional desse processo ocorreu em 2017 com a detecção do evento GW170817. A análise espectral da luz emitida após o evento revelou a presença de elementos pesados recém-formados.

Referência da notícia

Direct Evidence for r-process Nucleosynthesis in Delayed MeV Emission from the SGR 1806–20 Magnetar Giant Flare. 29 de abril, 2025. Patel, et al.