Engenharia Ensaios em Engenharia, Ciência e Sustentabilidade

25/04/2017 | domtotal.com

A maravilhosa engenharia das estrelas

Tudo na Terra e no universo é reciclado.

Quando penso em tudo isso não consigo deixar de sentir a mais profunda gratidão pelo Criador Engenheiro.
Quando penso em tudo isso não consigo deixar de sentir a mais profunda gratidão pelo Criador Engenheiro. Foto (Reprodução)

Por José Antônio de Sousa Neto*

Entender a nossa história é entender a história das estrelas. Nossas origens passam por entender a vida destes astros e como os monumentais encerramentos de seus ciclos de existência trazem nova vida para o universo. Isto porque é no interior das estrelas que o material do início do cosmos é transformado. Cada átomo de nosso corpo e de toda a matéria que nos cerca é resultado de uma reciclagem cósmica que acontece no interior delas em seus épicos ciclos de vida. Nascidas em nebulosas, elas existem por bilhões de anos até que se encerram com explosões de imensas proporções.

Tudo na Terra e no universo é reciclado. Vejamos por exemplo as rochas calcárias. Formadas a partir de fósseis e acumuladas em sedimentação ao longo de milhões e milhões de anos não deixa de ser impressionante constatar, por exemplo, que fósseis de criaturas marítimas, podem ser encontradas no topo do Monte Everest. Tudo, das montanhas até nós, é feito do mesmo material. São 92 variedades de átomos/elementos formando um conjunto químico que se estende muito além de nosso planeta.

Mas como sabemos disso? A escala do cosmos escapa à nossa compreensão. Próxima Centauri, a estrela mais próxima do nosso sistema solar, é 10.000 vezes mais distante (um pouco mais de quatro anos luz) que Netuno. A galáxia mais próxima, Andrômeda, está a 2,5 milhões de anos luz. Só temos contato com elas através da luz, mas é justamente através dela, em um campo da ciência conhecido como astrofísica, que podemos estudá-las.

Todo elemento/material quando queima tem uma impressão digital específica captada pela luz emitida. Um espectro específico para cada elemento, como uma impressão digital em luz que permite, com absoluta precisão, a identificação de todos e cada um dos elementos. Podemos, por exemplo, identificar do que é feito o nosso Sol e através de seu espectro de luz saber que é composto por 70% de Hidrogênio, 28% de Hélio e 2% de outros elementos. Em todas as partes do universo sempre encontramos os mesmos 92 elementos. Mas de onde vem estes elementos e como eles foram criados?

No início, a partir do Big Bang a aproximadamente 13,7 bilhões atrás os building blocks (partículas básicas) foram criados/as. No início eram apenas prótons e deles todos os elementos foram criados. A única diferença entre todos os elementos é o número de prótons: por exemplo, um próton e um nêutron = Hidrogênio. Quando dois prótons se juntam um deles vira nêutron. Através da fusão nuclear que acontece no interior das estrelas são criados todos os outros elementos: dois  prótons e dois nêutrons = Hélio; seis prótons e seis nêutrons = Carbono. Em outras palavras, fusionando apenas Hidrogênio, teremos todos os elementos! Mas a fusão é um processo super poderoso que libera uma quantidade de energia monumental.  Até agora, a tecnologia humana só conseguiu materializar a fusão em larga escala através de bombas de Hidrogênio. A necessidade de se atingir quatro milhões de graus Celsius para se conseguir o processo de fusão tem limitado o salto tecnológico da engenharia na construção de usinas de geração de energia por fusão nuclear. Um recipiente que consiga armazenar este calor só tem sido possível através de fortíssimos campos magnéticos de contenção. No entanto, até agora, a energia gasta para produzir estes campos tem sido maior que a energia gerada pela fusão nestes reatores não sendo ainda e, portanto, economicamente viáveis.

Mas o processo de fusão acontece o tempo todo dentro do sol e de todas as outras estrelas. Não acontece na superfície, mas no centro das estrelas. Em seus centros, as estrelas vão ficando mais densas e mais quentes e é exatamente lá que as coisas acontecem e todos os ingredientes da vida são feitos. Ali, existe uma batalha constante contra a sua própria gravidade. A energia da fusão com um vetor para fora da estrela e a energia da gravidade com um poderoso vetor para dentro da estrela. Ao final, quando o Hidrogênio vai se exaurindo, a gravidade começa a vencer esta batalha através de várias etapas, onde todos os elementos são criados. O céu parece imutável, mas as estrelas são temporárias, mesmo por bilhões de anos, até a consumação de todo o Hidrogênio. Vejam que coisa extraordinária:

Estágio 1: Todo Hidrogênio virou Hélio; o núcleo começa a colapsar deixando uma “casca” de Hidrogênio e Hélio para trás. Debaixo desta “casca” a temperatura sobe novamente até 100 milhões de graus.

Estágio 2: O Hélio começa a entrar em um processo de fusão que produz mais energia, segura o colapso gravitacional e acaba por produzir dois elementos vitais à vida: Carbono e Oxigênio. Este estágio leva apenas um milhão de anos em uma escala temporal de bilhões de anos. Para uma estrela do tamanho do Sol a fusão termina nesta etapa porque neste ponto não há mais suficiente energia gravitacional para espremer o núcleo e reiniciar a fusão. A estrela vai se expandindo, perde força e vira uma estrela anã branca. Mas para estrelas do tamanho de Betelgeuse que têm uma massa que corresponde a vinte vezes a massa de nosso Sol o processo de fusão pode continuar. Quando o Hélio acaba, a gravidade passa a controlar novamente e o colapso cria a pressão necessária para a fusão deixando uma camada de Carbono e Oxigênio. A temperatura sobe novamente chegando ao próximo estágio.

Estágio 3: Onde a fusão do Carbono cria Magnésio, Neônio, Sódio e Alumínio. E o processo continua. O centro da estrela colapsa novamente e se inicia o novo estágio de fusão para criar novos elementos. Cada novo estágio é mais quente e mais curto que o estágio anterior. O processo final dura apenas um par de dias e o centro da estrela é transformado quase em sua totalidade em ferro puro. Isto é quando o processo de fusão se encerra. O centro da estrela se transforma numa bola sólida constituída de camadas dos materiais que foram criados. Sem poder gerar mais energia, a estrela colapsa sob a força de sua própria gravidade e em menos de 30 segundos a estrela desaba sobre si mesma. Este é o destino da grande maioria dos trilhões de estrelas que povoam nosso universo conhecido.

Mas esta implosão de estrelas cria apenas os primeiros 26 elementos. E os outros 66 elementos? Alguns dos quais são vitais para a vida e alguns que consideramos preciosos como o Ouro e a Platina! Existem 16 elementos que são ainda mais preciosos que o Ouro. E ao longo de todo o universo existem pouquíssimas quantidades destes elementos. A razão desta pouca quantidade é que as condições para a criação destes elementos são uma das mais raras do universo. Para cada 100 bilhões de estrelas e isto acontece em menos de um minuto a cada século. Estes eventos só podem acontecer nos estágios finais dos ciclos de vida das maiores estrelas do universo.

Estrelas com massa pelo menos 9 vezes maiores que a do nosso Sol. Apenas elas podem alcançar as temperaturas extremas necessárias à produção de grandes quantidades dos elementos mais pesados. Apenas estas estrelas morrem com a violência necessária para isso.

Bem no interior destas estrelas quando o núcleo finalmente perde a batalha contra o vetor da gravidade e a estrela desaba sobre si mesma com uma velocidade extraordinária e explode com uma força colossal, fazendo com que as camadas internas e externas da estrela colidam, são geradas as mais altas temperaturas do universo: 100 bilhões de graus Celsius. Estas condições duram apenas 15 segundos. O suficiente para criar os elementos pesados como o Ouro. Este fenômeno cria/é chamado de supernova. É a explosão mais poderosa do universo e chega a brilhar mais do que um milhão de estrelas. 

Normalmente, só temos uma supernova em uma galáxia a cada século. A última na Via Láctea foi há 400 anos. Uma candidata em nossa galáxia é a estrela Betelgeuse  na constelação de Órion. A qualquer momento, de amanhã até o próximo milhão de anos. Como Betelgeuse está a “apenas” 600 anos luz da Terra, quando isso acontecer ela vai aparecer incrivelmente brilhante. Vai brilhar como uma lua cheia! E a energia liberada por ela neste único momento será maior que a energia liberada pelo sol no seu ciclo de vida de bilhões de anos. E deixará como produto final uma estrela de nêutrons. Vale lembrar ainda que, se este evento aparecer em nosso céu amanhã, estaremos na verdade tomando conhecimento de um evento que terá ocorrido quando a Terra ainda estava no século XVI. 

Os elementos liberados na explosão passarão a formar uma nebulosa. As nebulosas, verdadeiros berçários astrais, criarão novas estrelas pela força da gravidade e novos planetas/sistemas planetários com todos os ingredientes necessários para potencialmente criar vida quando as condições forem adequadas. Foi em uma nebulosa deste tipo que nosso Sol nasceu há cinco bilhões de anos. Assim como o sistema de planetas em sua órbita.

Uma obra prima da física, da “engenharia química” e da “engenharia da produção”. Nestes processos são criados todos, absolutamente todos, os elementos que nos constituem e tudo que existe e faz o nosso planeta. No mundo material os átomos que existem na Terra transitam entre a matéria viva e a matéria inanimada em incontáveis ciclos de renovação ao longo de bilhões de anos. Todos os materiais que usamos na criação de nossa infraestrutura e civilização têm esta origem. Quando penso em tudo isso não consigo deixar de sentir a mais profunda gratidão pelo Criador Engenheiro que projetou esta obra maravilhosa e permitiu que pudéssemos dela fazer parte e usufruir. Quem se interessar pelo tema, sugiro assistir ao extraordinário documentário produzido pela BBC de Londres e intitulado “Maravilhas do Universo”. Este breve texto foi inspirado nele.

*José Antônio de Sousa Neto é professor da Escola de Engenharia de Minas Gerais (EMGE) e PhD em Accounting and Finance pela University of Birmingham no Reino Unido.

O texto reflete a opinião pessoal do autor, não necessariamente do Dom Total. O autor assume integral e exclusivamente responsabilidade pela sua opinião.

TAGS




Comentários
Newsletter

Você quer receber notícias do domtotal em seu e-mail ou WhatsApp?

* Escolha qual editoria você deseja receber newsletter.

DomTotal é mantido pela EMGE - Escola de Engenharia e Dom Helder - Escola de Direito.

Engenharia Cívil, Ciência da Computação, Direito (Graduação, Mestrado e Doutorado).

Saiba mais!



Outros Artigos

Não há outras notícias com as tags relacionadas.