O ouro da sua aliança de casamento pode ser mais violento do que você pensa: a maior parte do ouro do universo foi provavelmente forjada quando duas estrelas de nêutrons colidiram – um evento brilhante o suficiente para ofuscar milhões de sóis durante dias, em uma explosão que os astrônomos chamam de quilonova.

O núcleo que compõe o ouro da aliança foi formado antes da existência do Sol e da Terra. A maior parte desse ouro foi criada através da rápida captura de nêutrons naquela que é provavelmente a atmosfera mais violenta do universo.

Você não pode produzir grandes quantidades de ouro por meio de simples reações de fusão que mantêm as estrelas brilhando. Seria necessário algo mais extremo para conseguir isso, e os astrônomos ainda estão descobrindo exatamente quais eventos cósmicos forneceram a maior parte.

Uma rápida observação antes de prosseguir: não somos físicos nem astrônomos, e esta é uma leitura e reflexão em um campo ativo de pesquisa, e não um julgamento estabelecido. As fusões de estrelas de neutrões são produtores definitivos de elementos pesados, mas as estimativas da quantidade de ouro que contribuem dependem de modelos, e os investigadores continuam a debater se são a fonte dominante.

Comecemos pela física nuclear, porque ela configura todo o resto. As reações de fusão no interior das estrelas podem produzir núcleos progressivamente mais pesados, mas o processo torna-se fortemente desfavorável em torno do ferro. A fusão do ferro não libera energia como a fusão de materiais mais leves. A natureza requer processos diferentes para produzir elementos muito mais pesados ​​como o ouro.

O mais importante é a captura rápida de nêutrons, geralmente abreviada para processo R. Num ambiente intensamente rico em neutrões, os núcleos atómicos absorvem neutrões mais rapidamente do que o decaimento radioactivo consegue convertê-los. Esses núcleos instáveis ​​decaem em elementos mais pesados, incluindo ouro, platina e urânio. O processo R é considerado gerado Cerca de metade dos núcleos que ocorrem naturalmente são mais pesados ​​que o ferro.

A questão que tem preocupado os astrofísicos há décadas era fácil de colocar e difícil de responder: onde no universo poderiam as condições ser tão extremas que este processo pudesse ocorrer?

Uma estrela de nêutrons é o remanescente colapsado de uma estrela massiva: um objeto aproximadamente do tamanho de uma cidade, com uma massa maior que a do Sol, comprimido em uma esfera com apenas algumas dezenas de quilômetros de diâmetro. Coloque duas estrelas de nêutrons em órbita uma em torno da outra e elas espiralarão lentamente para dentro, perdendo energia por meio de ondas gravitacionais, até finalmente colidirem.

Em 17 de agosto de 2017, os astrónomos capturaram essa fusão com detalhes extraordinários. D Observatórios de ondas gravitacionais LIGO e Virgo Detectou um sinal de duas estrelas de nêutrons se fundindo a cerca de 130 milhões de anos-luz de distância.

Telescópios de todo o mundo viraram-se em direção à fonte e observaram uma aura em rápida mudança, cuja cor, brilho e evolução eram consistentes com o material radioativo do processo R ejetado pela fusão. Uma análise posterior Estrôncio identificado espectroscopicamenteUma fusão estrela de nêutrons fornece a detecção de um elemento de captura de nêutrons recém-produzido.

As observações forneceram fortes evidências de que as colisões de estrelas de nêutrons produzem material pesado. No entanto, eles não revelaram diretamente as impressões digitais espectrais do ouro ou da platina. As estimativas do ouro produzido pelo evento vêm de modelos de detritos coalescentes, e não de medições diretas do material.

Essas estimativas eram enormes, no entanto. O astrofísico do MIT, Hsin-Yu Chen, diz que a quantidade modelada de ouro foi produzida “Várias vezes a massa da Terra.” Esta imagem deve ser entendida como uma estimativa dependente do modelo, e não como detectada diretamente por pesos de ouro ou telescópios.

A luz dessas fusões tem seu próprio nome: quilonova. A palavra reflete seu brilho. Uma quilonova pode ser milhares de vezes mais brilhante que uma nova clássica NASA explica.

A luz é impulsionada pelo decaimento radioativo de núcleos recém-formados. Essa decomposição deposita rapidamente calor nos detritos em expansão, que irradiam para fora e brilham à medida que esfriam.

Seu pico de brilho bolométrico foi em torno 10⁴² ergs por segundoigual a várias centenas de milhões de vezes a luz do Sol. Atingiu aproximadamente esse nível em cerca de meio dia e depois desapareceu rapidamente nos dias seguintes, com emissões de comprimento de onda longo persistindo durante várias semanas.

Foi uma rede que funcionou por um momento em escalas de tempo astronômicas, inundando brevemente o espaço com luz antes de desaparecer de vista.

Alguns estudos concluem que fusões binárias de estrelas de nêutrons Processos R pesados ​​na Via Láctea podem ser responsáveis ​​pela maior parte disso material e pode ser sua fonte dominante. Outros modelos concluem que as fusões só podem desempenhar esse papel de liderança se ocorrerem muitas As estrelas formam-se muito rapidamente e ejectam grandes quantidades de material rico em neutrões.

Os astrofísicos Chiaki Kobayashi e Amanda Karakas desenvolveram modelos de como a composição química das galáxias muda ao longo do tempo. Nos seus cálculos, as fusões de estrelas de neutrões não conseguiram produzir elementos suficientemente pesados ​​para explicar a abundância observada de ouro.

como Caracas resume suas descobertas“As fusões de estrelas de nêutrons não produziram material pesado suficiente no início da vida do universo, e ainda não o fizeram depois de 14 bilhões de anos.” A questão é que a consolidação não é ouro. Eles obviamente fazem. Acontece que, sob as suposições utilizadas no modelo, eles não poderiam explicar todo o ouro observado pelos astrônomos.

Kobayashi descreve a lacuna diretamente: “Desenvolvemos este novo modelo para explicar todos os elementos de uma só vez e encontramos prata suficiente, mas não ouro suficiente.”

Os investigadores propõem que explosões estelares raras, de rotação rápida e fortemente magnetizadas podem fornecer parte do material que falta. Outros estudos utilizam diferentes taxas de consolidação, tempos de atraso e pressupostos e chegam a conclusões mais favoráveis ​​à consolidação.

Colisões de estrelas de nêutrons são fábricas de ouro garantidas; São a maior fábrica de ouro do universo ainda aberta.

Kobayashi capta parte da dificuldade em outra observação: “Além do hidrogênio, não existe um único elemento que possa ser formado por apenas um tipo de estrela.” O ouro provavelmente vem de vários tipos de reatores cósmicos, tornando difícil atribuir uma parcela precisa.

Uma aliança de casamento de um conflito antigo

Qualquer que seja o veredicto final sobre as proporções, a amálgama pode eliminar uma quantidade extraordinária de material pesado. Ao estudar a quilonova associada à explosão de raios gama GRB 211211A, o astrofísico Matt Nicol e seus colegas estimam que o evento produziu cerca de 1.000 massas terrestres de material muito pesado.

Como Nicole faça isso“Descobrimos que este evento produziu cerca de 1.000 vezes a massa da Terra em material muito pesado.” Esta foi uma estimativa baseada em modelo do conteúdo total de elementos pesados ​​do evento, e não apenas uma medição de 1.000 massas terrestres de ouro. A natureza exata do material agregado de explosões e quilonovas foi inferida em vez de confirmada pela detecção de ondas gravitacionais.

Trace a corrente mais larga para trás. O ouro foi formado num anel em um ou mais eventos astrofísicos violentos antes da existência do sistema solar. Esse material foi ejetado para o espaço, misturado com as nuvens de gás e poeira a partir das quais o Sol e os planetas se formaram, fundiu-se na jovem Terra e, eventualmente, foi extraído, refinado e moldado numa faixa.

Repousando silenciosamente sobre um dedo, o metal contém os restos de um antigo processo nuclear. E pelo menos parte dela pode ter sido lançada no espaço por colisões com estrelas de nêutrons, um halo radioativo brilhante o suficiente para rivalizar com vários milhões de sóis.