De onde vêm os átomos? Bilhões de anos de fogos de artifício cósmicos.
A tabela periódica era muito mais simples no início do universo.
MICHELLE THALLER : Don, você fez uma pergunta que está relacionada ao que eu acho que é o meu fato favorito absoluto no universo, que somos feitos de estrelas mortas. E isso é literalmente verdade. Os átomos em nossos corpos foram realmente criados dentro da causa das estrelas que explodiram e morreram ou se espalharam no espaço.
E então a sua pergunta sobre a tabela periódica é muito interessante. Como era a tabela periódica no início do universo, o momento do Big Bang? Bem, uma coisa que posso dizer, era muito mais simples. O Big Bang, quando explodiu, produziu basicamente três elementos. Quase tudo era hidrogênio. Havia um pouco de hélio e um pouquinho de lítio também.
Então, esses três elementos estavam aí apenas alguns minutos após a formação do universo, mas nada mais. E isso realmente não é uma teoria. Na verdade, isso é algo que podemos observar. Uma das coisas maravilhosas de ser um astrônomo é que, quando você olha para o espaço, cada vez mais longe, a luz leva mais tempo para chegar até você. E o mais distante que podemos ver é, na verdade, de volta a um tempo apenas cerca de 400.000 anos após o Big Bang. E realmente, naquela época, não havia nada além de gás hidrogênio muito quente e um pouco de hélio e lítio também.
Então, tudo maior do que isso, cada átomo mais complexo teve que ser formado dentro de uma estrela. Com o tempo, estrelas como o sol são muito boas, ao longo do ciclo de vida, na produção de coisas como carbono e oxigênio. Eles realmente não vão muito mais longe da tabela periódica do que isso. Se você quiser ir além do elemento ferro, você realmente precisa de uma explosão muito violenta, uma explosão de supernova.
Os núcleos de estrelas muito massivas e, com isso, quero dizer estrelas que têm 10, 20, talvez até 50 vezes a massa do Sol, seus núcleos são muito mais quentes, porque a gravidade esmaga as coisas e a temperatura sobe muitos, muitos milhões de graus mais quentes do que dentro do sol. Portanto, essas estrelas podem formar átomos cada vez maiores. Quanto mais alta a temperatura, mais denso é o núcleo, mais você pode juntar as coisas e realmente formar átomos cada vez maiores com o tempo.
Mas há uma coisa muito especial que acontece quando você chega ao átomo, o ferro. E é algo que você realmente ouviu, mas pode nunca ter pensado. E quando as pessoas pensam em extrair energia de uma reação nuclear, você já ouviu falar sobre reações de fusão. Assim, como uma bomba de fusão, na verdade, pega o hidrogênio, funde-o para fazer hélio e isso cria energia. E isso é uma bomba nuclear. O sol também funciona nessa reação específica, fundindo o hidrogênio. Mas então você também ouviu falar que existe algo chamado fissão. E é assim que, digamos, uma bomba de urânio funcionaria. Um núcleo de urânio tem muitas, muitas partículas dentro dele - você realmente obtém energia quebrando-o e formando dois núcleos menores que são um pouco mais densos e eles se mantêm juntos melhor. E assim você obtém energia separando-os.
E o elemento, ferro, está exatamente no meio do caminho entre esses dois processos. Então, você tem obtido energia fundindo as coisas até chegar ao ferro. E o ferro é o primeiro núcleo onde você não obtém nenhuma energia da fusão. De qualquer coisa maior, agora, você obtém energia da separação, da fissão.
Portanto, o ferro é o que desencadeia uma explosão de supernova. Quando uma estrela tenta fundir o ferro, ele absorve energia. E isso não é bom para a estrela. O núcleo desmorona. E esse colapso enorme cria essa onda gigante de calor e a formação de muitos, muitos novos elementos depois disso. Portanto, qualquer coisa mais pesada que o ferro deve ser criada em uma explosão de supernova.
Agora, existem alguns elementos, mais pesados ainda, que mesmo as energias de supernova não sobem suficientemente altas para fazer. E isso é algo que descobrimos recentemente, nos últimos dois anos. Elementos como ouro ouro é realmente interessante de platina; curiosamente, bismuto; e todas as coisas grandes, como urânio e todos os átomos realmente grandes; eles têm que ser formados por algo que parece quase absurdo, mas nós observamos isso acontecendo com duas estrelas de nêutrons colidindo.
Portanto, as estrelas de nêutrons são os núcleos das estrelas mortas. Eles estão supercomprimidos. A densidade de uma estrela de nêutrons é de cerca de um valor de massa do Monte Everest em cada centímetro quadrado. Então, pense em esmagar o Monte Everest em um pequeno cubo como esse. A estrela inteira, que tem apenas cerca de 10 milhas de diâmetro, é na verdade essa densidade.
E isso significa que você tem uma quantidade enorme de componentes nucleares - nêutrons, prótons, realmente próximos. E duas estrelas de nêutrons colidem. E quando isso acontece, você faz todos esses elementos muito pesados, como ouro, platina, urânio e todas as coisas grandes. E, novamente, isso não é algo que apenas sabemos teoricamente. Na verdade, observamos isso acontecendo. Recentemente, observamos duas estrelas de nêutrons colidindo. E naquela única explosão, 10.000 vezes a massa da Terra em ouro saiu daquela explosão. Foi tremendo. Então, definitivamente sabemos de onde vêm esses átomos agora. Nós observamos isso acontecendo.
Então, para recapitular, no início do universo, você tinha três elementos, principalmente hidrogênio, um pouco de hélio, um pouquinho de lítio. Agora temos toda a tabela periódica. E muitos deles são formados em estrelas como o sol. Qualquer coisa além do ferro deve ser formada com muito mais violência, em uma explosão de supernova ou, no caso de átomos muito grandes, duas estrelas de nêutrons em colisão. E, ao longo de bilhões de anos, preenchemos a tabela periódica dessa forma.
- O 'fato favorito absoluto no universo' de Michelle Thaller é que somos feitos de estrelas mortas.
- O Big Bang, quando explodiu, produziu basicamente três elementos: hidrogênio, hélio e lítio. Cada átomo mais complexo teve que ser formado dentro de uma estrela. Com o tempo, estrelas como o Sol produzem coisas como carbono e oxigênio.
- Eles realmente não vão muito mais longe da tabela periódica do que isso. Se você quiser ir além do elemento ferro, então você realmente precisa de uma explosão muito violenta, uma explosão de supernova.
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