A Origem dos elementos.

Calcio, ferro, selênio… essa lista que parece de suplementos alimentares, são elementos que os nossos próprios corpos, mas, de onde eles vêm? Como chegaram aqui?

Os elementos se formam por um processo chamado nucleossíntese. Existem 3 tipos de nucleossíntese, a nucleossíntese do Big bang, a Estelar e a explosiva.

Logo após o Big bang, havia apenas quarks e elétrons, partículas fundamentais da natureza, mas enquanto o universo esfria ao se expandir, os quarks se unem para formar prótons e nêutrons, um detalhe importante, muito mais prótons numa proporção de 1/7 nêutrons foram formados, devido a menor massa dos prótons e pelo fato dos nêutrons decaírem quando estão livres, o que não ocorre com prótons, isso é uma previsão importante do modelo do Big Bang. Após os primeiros minutos, já está frio bastante (por “frio” me refiro a 100 bilhões de graus) para permitir o surgimento dos primeiros átomos, 75% dos átomos são de hidrogênio, o átomo mais simples composto de apenas um próton e um elétron, seguido com cerca de 25% de hélio, por que essa diferença? Se lembra que havia muito mais prótons do que nêutrons no começo?  O átomo de hélio é composto por 2 prótons e 2 nêutrons, por isso é mais raro, essa previsão foi feita décadas antes de ser medida, e é uma das provas mais elegantes do Big Bang. Também houve a formação de lítio e berílio, mas em quantidades muito menores cerca de 0.01% apenas.

Esses processos não são instantâneos, apesar dos núcleos atômicos estarem formados, eles estavam ionizados, isto é, sem elétrons, a temperatura era alta demais e os elétrons não se fixavam nos núcleos atômicos, somente depois de 300-400 mil anos estaria frio o bastante para os átomos de hidrogênio e hélio capturassem seus elétrons, esse é um marco importante, é o momento que os fótons podem percorrer o Universo sem interagir com elétrons, o momento da primeira luz, falaremos mais disso no artigo especifico do Big bang. A densidade do universo continuou a cair e estes eram todos elementos formados por esse tipo de nucleossíntese, até o surgimento das primeiras estrelas.

O universo não era homogêneo, havia partes mais e menos densas, o que permitiu que a gravidade atraísse as partes mais densas e formassem as primeiras estrelas algumas centenas milhões de anos após o Big bang. Essas primeiras gerações de estrelas, eram muito massivas, na casa de centenas de vezes a massa do sol, estrelas desse tipo fundem os núcleos os átomos formando elementos cada vez mais pesados, enquanto o nosso sol se limita a fundir hidrogênio em hélio, elas podem fundir todos elementos do hélio até o Ferro, graças a temperaturas que chegam na casa dos 2 bilhões de graus em seus núcleos. Porém o ferro é o limite para elas, a fusão do Ferro consome energia, e não gera energia, sem a produção de energia a estrela colapsa por causa de sua própria gravidade, o que leva a uma supernova.

M1- a Nebulosa do caranguejo, restos da supernova observada em 1054, é nesse fenômeno que surgem a maior parte dos elementos conhecidos .

As Supernovas geram o último tipo de nucleossíntese, a explosiva, durante esses fenômenos a temperatura sobe na casa das centenas de bilhões de graus e um grande fluxo de nêutrons, vindos das camadas externas da estrelas, se fundem gerando todos elementos mais pesados que o ferro em um processo chamado de processo-r, finalmente elementos como ouro, prata e plutônio surgem no universo, a supernova também tem o papel de espalhar esses elementos pelo espaço, e algum dia, outras estrelas se formarão com esse gás, o nosso próprio sol é um exemplo disso, todo ouro e prata, todo cálcio dos seus ossos e ferro de suas células, foram forjadas no núcleo de estrelas massivas bilhões de anos atrás.

O ultimo elemento gerado por supernovas é o plutônio, o elemento 94, mas se você olhar em uma tabela periódica, vai ver que tem 118 elementos, esses 24 faltantes, são criados por nós, artificialmente.

Da próxima vez que observar uma estrela, saiba, que você não é separado do universo, é o próprio universo, tentando compreender a si mesmo.

Fontes:

Livro: Particle Physics: A Very Short Introduction

Sobre a nucleossíntese do Big Bang

http://www.einstein-online.info/spotlights/BBN.html

http://pdg.lbl.gov/2018/reviews/rpp2018-rev-bbang-nucleosynthesis.pdf

http://w.astro.berkeley.edu/~mwhite/darkmatter/bbn.html

http://www.astro.ucla.edu/~wright/BBNS.html

Sobre a formação das primeiras estrelas

https://www.sciencemag.org/news/2015/06/astronomers-spot-first-generation-stars-made-big-bang

http://astronomy.swin.edu.au/cosmos/P/Population+III

Sobre a nucleossíntese estelar

https://www.thoughtco.com/stellar-nucleosynthesis-2699311

sobre a nucleossíntese explosiva/ processo-r

https://theorie.ikp.physik.tu-darmstadt.de/nucastro/research_explosive.html

https://www.quantamagazine.org/did-neutron-stars-or-supernovas-forge-the-universes-supply-of-gold-20170323/

http://www2011.mpe.mpg.de/gamma/science/tu-lectures/EuroGenesis13/Arcones.pdf

Tabela periódica com a origem de cada elemento

https://www.meta-synthesis.com/webbook/35_pt/pt_database.php?PT_id=593

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