Cientistas identificam colisão de estrelas de nêutrons que pode ter criado o plutônio de nosso sistema solar

Em 2017, observatórios em todo o mundo detectaram uma colisão de alta energia entre um par de objetos densos, cada um deles ligeiramente mais massivo que o Sol, mas com o tamanho de apenas uma cidade. Uma colisão semelhante, mais próxima da Terra, poderia ter sido responsável pela produção de alguns dos elementos mais pesados ​​em nosso próprio sistema solar — e os cientistas acham que sabem quando isso aconteceu.

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Os cientistas agora acham que essas fusões binárias de estrelas de nêutrons são uma fonte importante de elementos mais pesados ​​que o ferro no universo. Esses elementos são raros, mas também são alguns dos mais importantes para nós, seres humanos. Usando medições do que resta desses elementos em meteoritos antigos, um par de pesquisadores trabalhou para voltar no tempo e localizar a fusão de estrelas de nêutrons que produziu algumas delas.

“Descobrimos essa fusão de estrelas binárias há dois anos e ela estava próxima da Via Láctea — muito mais próxima do que prevíamos”, disse ao Gizmodo Imre Bartos, principal autor do estudo e professor assistente da Universidade da Flórida. “Perguntamos se algo ainda mais próximo (…) poderia ter um impacto significativo no aspecto atual do sistema solar.”

Elementos mais pesados ​​que o ferro se formam em parte graças ao “processo r”, em que um evento de alta energia faz com que núcleos atômicos de sementes suguem rapidamente muitos nêutrons. Quando o evento desacelera, alguns desses nêutrons decaem radioativamente em prótons. Explosões estelares chamadas de supernovas e fusões de estrelas de nêutrons foram ambas consideradas fontes potenciais dos elementos do processo r.

Primeiro, os pesquisadores se propuseram a ver se fusões de estrelas de nêutrons ou supernovas produziam os elementos em que estavam interessados, principalmente cúrio e plutônio. Supernovas, eventos em que estrelas explodem, acontecem com relativa frequência, enquanto estrelas de nêutrons só se fundem talvez algumas vezes a cada milhão de anos em nossa galáxia, de acordo com o artigo publicado na Nature.

Isso significa que, se você olhar para trás no tempo, a abundância desses elementos deve aumentar se eles forem produzidos por estrelas de nêutrons, ou permanecer relativamente constante se forem produzidas por supernovas.

Plutônio e cúrio são radioativos e decaem em elementos mais estáveis. Quando os primeiros meteoritos se formaram, capturaram alguns desses elementos, que depois se decompuseram em elementos mais estáveis. As abundâncias relativas dos produtos de decaimento nestes meteoritos permitem aos cientistas recuar na linah do tempo e determinar a idade aproximada em que os elementos iniciais se formaram.

Quando Bartos e o professor Szalbocs Marka, da Universidade Columbia, realizaram cálculos sobre dados que já haviam sido coletados desses meteoritos, eles descobriram que a abundância desses elementos teve um aumento repentino cerca de 80 milhões de anos antes que o sistema solar se formasse, quando ele era apenas uma nuvem de gás e poeira.

A conclusão é que um único evento, provavelmente uma fusão de estrelas de nêutrons a mil anos-luz de distância, produziu a maior parte do cúrio e talvez um terço do plutônio do sistema solar. Isso equivale a apenas uma fração de um por cento da quantidade total de elementos do processo r no sistema solar, mas “houve muitas fusões de estrelas de nêutrons na história da Via Láctea”, disse Bartos.

É uma pesquisa bastante interessante. “[Esses elementos] são uma pequena fração de 1% do universo, mas são muito úteis para nós de muitas maneiras”, disse David Helfand, astrônomo e professor da Universidade Columbia, ao Gizmodo. “Só de saber de onde eles vieram nos ajuda a nos sentir mais à vontade no universo.”

É importante notar que esses resultados são baseados na modelagem de medidas indiretas, e nosso conhecimento sobre as colisões de estrelas de nêutrons e o processo r vem de apenas uma observação experimental.

Embora improvável, talvez outro tipo de evento de alta energia ainda mais caótico tenha produzido esses elementos. Bartos disse ao Gizmodo que o próximo passo é medir mais elementos com abundância desconhecida, criar melhores simulações e, é claro, observar mais colisões de estrelas de nêutrons.

Felizmente, os observatórios de ondas gravitacionais LIGO e Virgo foram atualizados e já começaram a detectar sinais de colisão de buracos negros e talvez até de algumas estrelas de nêutrons.

Bartos estava animado sobre como esses resultados combinam tantos campos diferentes, da geociência à astrofísica e à química. “Ao conectar esse campo neste trabalho específico, esperamos começar um esforço maior para usar essas informações em uníssono.”