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Nosso Lugar no Cosmos

 

Todos devem conhecer a frase “Somos todos feitos do mesmo pó de estrelas” de Carl Sagan, mas poucos de fato compreendem seu significado e profundidade. E é exatamente sobre isto que quero tratar nesse texto. Não pretendo, de forma alguma, esgotar o tema – sobre ele, aliás, sempre haverá algo a mais a ser dito – , mas apenas explorar os aspectos que, acho, são os mais importantes.

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Não existe forma melhor de se começar um tema do que pelo início, então vamos a ele. “Big Bang?”, você deve ter imaginado. Mas, não, o Big Bang, ao contrário do que muitos pensam, não explica a origem do universo, ele explica apenas a expansão e desenvolvimento dele. É exatamente como a Teoria da Evolução: não explica a origem da vida (para isso temos a Teoria da Abiogênese Química ou Teoria da Biogênese), explica apenas como a vida se modifica durante o tempo. Em outras palavras, o Big Bang não aconteceu simplesmente: ele continua acontecendo.

Até pouco tempo, aliás, praticamente nada se sabia sobre o início do universo. Sabia-se apenas que ele surgiu infinitamente pequeno, denso e quente e que, com o tempo, foi expandindo e resfriando, conforme teorizado pela teoria do Big Bang e evidenciado de diversas formas diferentes. Qualquer coisa além disto era postulado no máximo como uma “hipótese boba”, que não era levada a sério sequer por quem a postulou. Contudo, isto mudou com o lançamento do último livro de Stephen Hawking: The Grand Design (O Grande Projeto, em português).

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Para tentar explicar, de forma compacta, o que postulado por Stephen Hawking, tente imaginar um período anterior ao início do universo. O que existia? Nada. Absolutamente nada. Mas, como já sabemos, o nada não é exatamente… “Nada”: onde nada existe, temos o que é chamado de Vácuo Quântico. Numa explicação bem simples do que seria o Vácuo Quântico, tirada da Wikipedia [1]:

“Vácuo quântico seria o espaço no qual aparentemente não existe nada para um observador qualquer, mas que contém uma quantidade mínima de energia, campos eletromagnéticos e gravitacionais principalmente e partículas virtuais (partículas de força) interagindo entre si.”

Nele partículas subatômicas literalmente pulam da não-existência para a existência o tempo todo. Elas sempre surgem em pares, partícula e antipartícula, para depois se aniquilarem mutuamente.

No caso do período anterior ao do surgimento do universo, não existia sequer o que chamamos de campo de Higgs. Assim, nenhuma das partículas criadas poderia ter massa. Então como poderia ter surgido uma partícula infinitamente pequena, densa e quente, para que o universo começasse seu desenvolvimento? Bem… Onde nada tem massa, tudo pode ser considerado como tendo massa infinita. Dá no mesmo. Assim, qualquer partícula criada poderia dar origem ao universo – e nesse caso, o “local” de onde essa nossa partícula surgiu pode continuar gerando outras partículas, que, quem sabe, podem ter se tornado outros universos. Mas isto não vem ao caso aqui.

Então, uma vez que o universo surgiu, ele pode, finalmente, começar a se desenvolver e expandir, conforme o Big Bang.

Big Bang

O ponto importante aqui a discutirmos é a formação de átomos ocorrida após o Big Bang. Primeiro, os núcleos atômicos do Hidrogênio (1 próton), Hélio (2 prótons e 1 ou 2 nêutrons) e Lítio (3 prótons e 3 ou 4 nêutrons) se formaram no processo chamado nucleossíntese, que ocorreu 100 segundos após o início do Big Bang.

Devido à nucleossíntese a matéria passou a dominar o universo primitivo, pois sabe-se que a densidade de energia em forma de matéria passou a ser maior do que a densidade em forma de radiação, o que se deu em torno dos primeiros 10 mil anos. Isto gerou o resfriamento do universo primitivo e, com a queda de temperatura universal, os núcleos atômicos de Hidrogênio, Hélio e Lítio recém-formados se ligaram aos elétrons, formando assim átomos completos. Presume-se que isso se deu em torno dos 300 mil anos.

Mas, espere… Estamos falando de apenas 3 átomos: Hidrogênio, Hélio e Lítio! E de onde veem todos os demais da Tabela Periódica?

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A verdade é que por muito tempo nós não tínhamos ideia, até que físicos e astrofísicos passaram a se debruçar sobre o tema. E a resposta estava, literalmente, escrita nas estrelas.

Transit

A busca que nos levou a responder de onde vinham os átomos mais pesados já existia há algum tempo, mas acho que o passo mais importante para esta descoberta foi a criação da equação da relação entre massa e energia por Albert Einstein, presente em seu trabalho na Teoria Restrita (ou Especial) da Relatividade. Acho que todos conhecem a equação e devem saber que falo dela, mas por via das dúvidas, ela está na imagem abaixo.

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Em 1926 o astrônomo inglês Sir Arthur Stanley Eddington (1882-1944) assentou a fundação da teoria moderna de estrutura estelar em seu trabalho Sobre a Constituição Interna das Estrelas. Ele deu a ideia corrente de que uma intensa fonte de energia no núcleo da estrela gera a pressão que contrabalança a força para dentro da gravidade, estabilizando a estrela por muitos bilhões de anos [2].

Em 1939 o físico Hans Albrecht Bethe publicou um artigo chamado “A Produção de Energia nas Estrelas”, que lhe garantiria o prêmio Nobel em 1967. Neste artigo ele desenvolveu a teoria de como a fusão nuclear podia produzir a energia que faz as estrelas brilharem. Hans Bethe mostrou em detalhe, usando-se dos melhores dados das reações nucleares existentes, como quatro prótons poderiam ser unidos e transformados em um núcleo de hélio, liberando a energia que Eddington havia sugerido [3]. Assim descobrimos que o Sol é uma gigantesca caldeira, que realiza a fusão nuclear de Hidrogênio, gerando Hélio (aproximadamente 600 milhões de toneladas de Hidrogênio em Hélio por segundo).

Contudo, esses trabalhos explicavam apenas a geração de energia, que mantinham as estrelas quentes, mas não tratavam da criação de átomos mais pesados. Mas em 1946 Fred Hoyle argumentou que um conjunto de núcleos muito quentes se converteriam em ferro no trabalho “The synthesis of the elements from hydrogen”. Em 1954 Hoyle publicou um novo artigo estabelecendo como estágios avançados de fusão dentro das estrelas sintetizariam elementos com massa entre o carbono e ferro.

Muitas omissões importantes da teoria de Hoyle foram corrigidas, iniciando-se com a publicação de um artigo de revisão em 1957, por Margaret Burbidge, Geoffrey Burbidge, William Alfred Fowler e Hoyle chamado “Synthesis of the Elements in Stars” (comumente referido como o Artigo B²FH). Esse trabalho reunia e refinava as pesquisas iniciais num quadro amplo que prometia a explicação para a abundância relativa observada dos elementos.

Outros trabalhos ainda foram apresentados sobre o tema, refinando e melhorando a teoria, indo até os anos 70. Contudo, percebeu-se nestes trabalhos que a fusão nuclear dentro das estrelas ia apenas até a produção do ferro, cobalto e níquel, portanto ainda faltavam os elementos mais pesados. De onde viriam eles? Bem, aí entra o que chamamos de Supernovas.

Nebulosa do Caranguejo: restos de uma Supernova registrada por astrônomos chineses e árabes em 1054.

Nebulosa do Caranguejo: restos de uma Supernova registrada por astrônomos chineses e árabes em 1054.

O estágio final de evolução de uma estrela massiva (com massa bem maior que a do Sol –mais de 10 massas solares), o interior dessa estrela é então formado basicamente de elementos pesados (com massa em torno da do ferro – A = 56). Isso ocorre porque esses elementos são os mais ligados e compactos da tabela periódica. Exatamente por esse motivo os núcleos quase não interagem mais espontaneamente e a energia nuclear liberada é pequena. Assim sendo, novamente a força gravitacional ganha e o interior da estrela tem um colapso, uma contração. Quando então a estrela atinge uma densidade grande, devido a essa contração, ocorre uma explosão espetacular chamada de supernova [4].

Durante a supernova ocorre uma nova nucleossíntese, em que os elementos entre o silício e o níquel são sintetizados em elementos mais pesados, por um número de diferentes processos (principalmente o processo S, processo R e processo RP). Esta foi a descoberta mais importante da teoria de nucleossíntese dos elementos de massa intermediária desde o artigo de Hoyle de 1954.

Resumidamente, o que tudo isto mostra é que todos os átomos presentes na tabela periódica (com exceção do Hidrogênio, Hélio e Lítio, formados na nucleossíntese ocorrida após o Big Bang) foram formados pelas estrelas: em seu núcleo durante seu período de vida, ou durante sua morte na forma de supernova.

“O conhecimento que os átomos que compõem a vida na Terra – os átomos que compõem o corpo humano – , são rastreáveis para os cadinhos que cozinham elementos leves em elementos pesados em seu núcleo sob extremas temperaturas e pressões. Estas estrelas – aquelas de maior massa entre elas – , ficam instáveis em seus últimos anos, entram em colapso e, em seguida, explodem, espalhamento de suas entranhas enriquecidas através da galáxia. Entranhas feitas de carbono, nitrogênio, oxigênio, e todos os ingredientes fundamentais da vida em si. Estes ingredientes se tornam parte de nuvens de gás que se condensam, colapsam, formam a próxima geração de sistemas solares, estrelas com planetas em órbita. E esses planetas agora têm os ingredientes para a vida em si. De modo que quando eu olho para cima para o céu noturno, e eu sei que sim, somos parte deste universo, nós estamos neste universo, mas, talvez mais importante do que esses dois fatos, é que o universo está em nós. Quando reflito sobre esse fato, eu olho para cima… Muitas pessoas se sentem pequenas, porque são pequenas e o universo é grande. Mas eu me sentinto grande, porque os meus átomos vieram dessas estrelas.”

— Neil deGrasse Tyson

O resto já sabemos: o material expelido numa supernova “suja” as nuvens de Hidrogênio e Hélio da redondeza, de onde nascerão estrelas de segunda geração, com planetas as orbitando e, possivelmente, vida. Assim, toda a diversidade de belezas, tanto minerais quanto biológicas, que vemos ao nosso redor deve sua existência às estrelas.

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Assim, fica óbvio que realmente “somos todos feitos do mesmo pó de estrelas”, como disse Carl Sagan: cada átomo de nossos corpos, com exceção do Hidrogênio presente na água e em outros compostos, são os restos de estrelas supermassivas que foram formadas, tiveram sua vida útil e, finalmente, explodiram devolvendo seu rico conteúdo para o ambiente galáctico. Mais do que isto… Nós mesmos somos parte do Cosmos. Somos, como disse Sagan, uma forma do Cosmos se autoconhecer.

“O Cosmos também está em nós: somos feitos da mesma matéria que as estrelas. Nós somos uma forma do Cosmos se autoconhecer.”

– Carl Sagan

Este é nosso lugar no Cosmos. Mais que isto, esta é nossa função: entender como o Cosmos funciona, como se o Cosmos se auto estudasse. Isso além de, claro, nascer, crescer, amadurecer, reproduzir, envelhecer e morrer. Nada além disto. E é exatamente por tudo isto que religiões são tão maléficas para o ser humano: nos desvia daquilo que é nossa função e futuro.

“É realmente a coisa mais poética que sei sobre a Física: vocês são todos poeira estelar. Não poderíamos estar aqui se as estrelas não tivessem explodido. Porque os elementos, o carbono, nitrogênio, oxigênio, ferro, todas as coisas que importam, para a Evolução, foram criadas no começo dos tempos. Foram criadas nas fornalhas nucleares das estrelas, e a única maneira de estarem no seu corpo foram pelas estrelas terem explodido. Então esqueçam Jesus! As estrelas que morreram para que vocês pudessem estar aqui hoje!”

— Lawrence Krauss

Referências:

[1]http://pt.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1cuo_Qu%C3%A2ntico

[2]http://astro.if.ufrgs.br/estrelas/node9.htm

[3]http://astro.if.ufrgs.br/estrelas/node10.htm

[4]http://www.revistasusp.sibi.usp.br/pdf/revusp/n62/07.pdf

Autor(es):

Mário César Mancinelli de Araújo

Sou formado em Engenharia de Software e QUASE em Ciência da Computação (não concluí). Pretendo, agora, fazer astronomia na USP assim que possível para, depois, me especializar em astrobiologia. Sou um apaixonado pela ciências em geral e gosto muito de investigar alegações extraordinárias (como a ufologia, por exemplo).

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One Response to Nosso Lugar no Cosmos

  1. valmir gomes da silva disse:

    bom dia mario,é 1 uma hora da manhã,sempre gostei de astronomia ,cosmo biologia e outras gias mais.quero te fazer umas pergunta-onde ocoreu o bigbang /??,que nome os cientistas dão a esta região;o local?? seria universo???se sim então o universo já existia e ocorreu o grande evento-bigbang dentro do universo pois como é possivel um fato tão estraordinario ter ocorrido aonde em um universo paralelo???sabe,os chineses falam de uma coisa incomensuravel,indisivel,chamada de TAO,não é bem parecido com a definição dada a cima sobre Vacuo QUANTICO??ONDE AS PARTICULAS PULAM DA NÃO EXISTENCIA PARA A EXISTENCIA/??E OLHA,FALAM HA MAIS DE 5.000 ANOS.

     

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