Nucleossíntese:
onde são fabricados o oxigênio e os demais elementos químicos?

Uma grande indústria farmacêutica ou um grande complexo petroquímico são locais onde moléculas são “montadas” de acordo com as nossas necessidades. Porém os átomos em si que compõem estas moléculas já estavam lá. Ninguém os fabrica.

Quando o Universo se formou há cerca de 14 bilhões de anos, apenas os átomos de hidrogênio (e parte do hélio) foram formados. Na natureza só existe um tipo de objeto capaz de fabricar os demais átomos: as estrelas. Nos seus núcleos, em temperaturas de dezenas de milhões de graus e pressão imensa, ocorrem os processos de fusão nuclear pelos quais são fabricados os elementos químicos. Outros elementos, os mais massivos como urânio ou plutônio, são fabricados apenas no momento em que ocorre o colapso do núcleo de uma estrela, o fenômeno chamado Supernova.

Como funciona uma estrela ?

A estrela é uma estrutura mantida em equilíbrio por duas forças formidáveis: no seu núcleo ocorre a fusão nuclear e a síntese dos elementos químicos, o que produz uma grande pressão de dentro para fora. Enquanto isto, a gravidade produz uma força de sentido contrário. Num estado estacionário de “queima” de material nuclear, o equilíbrio Pressão de Radiação X Gravidade em toda a estrutura interna garante a sua estabilidade.

A produção de energia:

Numa estrela como o Sol a energia é produzida através do ciclo próton-próton. Isto ocorre através de uma reação nuclear onde 4 núcleos de hidrogênio se combinam formado um núcleo de hélio e liberando energia.

Qual o balanço energético desta reação?

- A massa do núcleo de hidrogênio: H¹: 1.007852 = 4 H¹ = 4.031408 u.m.a.

- A massa do núcleo de helio resultante: He⁴: 4.002603 u.m.a.

A diferença: 0.028805 (0.7 % da massa)

Usando E=mc² = 26.73 MeV

- Isto pode ser usado, por exemplo, para estimar o tempo de vida do Sol:

A luminosidade pode ser medida da Terra: 4×10³³ erg/s

A massa total pode ser estimada pelas leis de Kepler:

o Sol tem 2×10³³ g , o que corresponde a 1.8×10⁵⁴ ergs

Assumindo que 0.7 % da massa podem ser convertidas em energia: 1.52×10⁵² ergs

- Daí, o tempo de vida do Sol pode ser estimado:

1.52×10⁵² / 4×10³³ = 10¹¹ anos

A fabricação dos elementos químicos:

Do hélio até o ferro, os elementos químicos são fabricados por fusão nuclear nos núcleos das estrelas, no processo de produção de energia. As reações nucleares ocorrem pelo seguinte esquema:

- Queima de Hidrogênio produz Hélio

- Queima de Hélio produz Carbono, Oxigênio e Neônio

- Queima de Carbono, Oxigênio e Neônio produz todos os elementos até o Silício

- Queima de Silício produz todos os elementos até o Ferro

Fabricando os elementos além do Fe : Estes elementos são produzidos por captura de nêutrons durante a explosão de uma supernova. Veja o exemplo abaixo em que diferentes isótopos de ferro, cobalto e níquel são produzidos pela captura sucessiva de nêutrons:

⁵⁶Fe + n = ⁵⁷Fe

⁵⁷Fe + n = ⁵⁸Fe

⁵⁸Fe + n = ⁵⁹Fe = ⁵⁹Co

⁵⁹Co + n = ⁶⁰Co = ⁶⁰Ni

É importante notar que a nucleossíntese é um ciclo contínuo e progressivo: na formação do universo foram produzidos o hidrogênio e parte do hélio; formaram-se então as primeiras estrelas, que num dado momento concluíram seu ciclo evolutivo e ejetaram para o meio interestelar os elementos químicos que produziram, seja por perda de massa seja pela explosão de uma supernova. Este material fez parte da geração seguinte de estrelas, que em seu ciclo de vida produziu material ainda mais enriquecido em elementos pesados, e assim sucessivamente.

O mapeamento do gradiente de abundâncias do disco galáctico e sua evolução temporal

Este resultado, obtido por astrônomos do IAG/USP, mostra que nas regiões internas do disco da nossa galáxia a abundância de oxigênio é maior, indicando que mais gerações de estrelas já se sucederam na região interna do que na borda externa do disco. Adicionalmente, os pontos em azul e verde indicam que a variação das abundâncias do centro para a borda do disco depende da idade dos objetos.