Nosso céu está coberto de um mar de fantasmas estelares; todos os fantasmas em potencial que estão mortos há milhões de anos e ainda não sabemos disso. É isso que discutiremos hoje. O que acontece com a maior de nossas estrelas e como isso influencia a própria composição do universo em que residimos.
Começamos essa jornada observando a Nebulosa do Caranguejo. Suas belas cores se estendem para o vazio escuro; uma tumba celeste contendo um evento violento que ocorreu há milênios atrás. Você alcança e, com o movimento do seu pulso, começa a rebobinar o tempo e vê essas belas nebulosas começarem a encolher. À medida que o relógio gira para trás, as cores da nebulosa começam a mudar e você percebe que elas estão encolhendo em um único ponto. À medida que o calendário se aproxima de 5 de julho de 1054, a nuvem gasosa ilumina e se instala em um único ponto no céu que é tão brilhante quanto a lua cheia e é visível durante o dia. O brilho diminui e, eventualmente, há um ponto de luz; uma estrela que não vemos hoje. Esta estrela morreu, no entanto, neste momento, não saberíamos disso. Para um observador antes dessa data, essa estrela parecia eterna, como todas as outras estrelas. No entanto, como sabemos do nosso ponto de vista privilegiado, esta estrela está prestes a se tornar uma supernova e nascer uma das nebulosas mais espetaculares que observamos hoje.
Fantasmas estelares é uma maneira adequada de descrever muitas das estrelas massivas que vemos espalhadas por todo o universo. O que muitos não percebem é que, quando olhamos profundamente para o universo, não estamos apenas olhando através de grandes distâncias, mas estamos olhando de volta no tempo. Uma das propriedades fundamentais do universo que conhecemos muito bem é que a luz viaja a uma velocidade finita: aproximadamente 300.000.000 m / s (aproximadamente 671.000.000 mph). Essa velocidade foi determinada através de muitos testes rigorosos e provas físicas. De fato, entender essa constante fundamental é a chave para muito do que sabemos sobre o universo, especialmente no que diz respeito à Relatividade Geral e à Mecânica Quântica. Apesar disso, conhecer a velocidade da luz é essencial para entender o que quero dizer com fantasmas estelares. Você vê, a informação se move na velocidade da luz. Usamos a luz das estrelas para observá-las e, a partir disso, entender como elas operam.
Um exemplo decente desse intervalo de tempo é o nosso próprio sol. Nosso sol está a aproximadamente 8 minutos de luz. Significando que a luz que vemos de nossa estrela leva 8 minutos para fazer a jornada de sua superfície até nossos olhos na Terra. Se nosso sol desaparecesse repentinamente agora, não saberíamos disso por 8 minutos; isso não inclui apenas a luz que vemos, mas mesmo sua influência gravitacional que é exercida sobre nós. Portanto, se o sol desaparecesse agora, continuaríamos em nosso caminho orbital sobre nossa estrela agora inexistente por mais 8 minutos antes que as informações gravitacionais chegassem a nós, informando-nos de que não estamos mais gravitacionalmente ligados a ela. Isso estabelece nosso limite de velocidade cósmica para a rapidez com que podemos receber informações, o que significa que tudo o que observamos profundamente no universo chega até nós como era uma quantidade de 'x' de anos atrás, onde 'x' é sua distância da luz. Isso significa que observamos uma estrela que está a 10 anos-luz de distância, como era há 10 anos. Se essa estrela morresse agora, não saberíamos disso por mais 10 anos. Assim, podemos defini-lo como um "fantasma estelar"; uma estrela morta de sua perspectiva em sua localização, mas ainda viva e bem na nossa.
Conforme abordado em um artigo anterior (Estrelas: um dia na vida), a evolução de uma estrela é complexa e altamente dinâmica. Muitos fatores desempenham um papel importante em tudo, desde determinar se a estrela se formará em primeiro lugar, até o tamanho e, portanto, a vida útil da estrela. No artigo anterior mencionado acima, abordo os conceitos básicos da formação estelar e a vida do que chamamos de estrelas principais de sequência, ou melhor, estrelas muito semelhantes ao nosso próprio sol. Enquanto o processo de formação e a vida de uma estrela da sequência principal e das estrelas que discutiremos são bastante semelhantes, existem diferenças importantes na maneira como as estrelas que iremos investigar morrem. As mortes de estrelas na sequência principal são interessantes, mas dificilmente se comparam às formas de flexão do espaço-tempo em que essas estrelas maiores terminam.
Como mencionado acima, quando estávamos observando a estrela desaparecida que estava no centro da Nebulosa do Caranguejo, houve um ponto em que esse objeto brilhava tão brilhante quanto a lua cheia e podia ser visto durante o dia. O que poderia fazer com que algo se tornasse tão brilhante que fosse comparável ao nosso vizinho celestial mais próximo? Considerando que a nebulosa do caranguejo está a 6.523 anos-luz de distância, isso significava que algo que fica cerca de 153 bilhões de vezes mais distante do que nossa lua estava brilhando tão brilhante quanto a lua. Isso ocorreu porque a estrela ficou supernova quando morreu, que é o destino das estrelas que são muito maiores que o nosso sol. Estrelas maiores que o nosso sol terminarão em dois estados extremos após a sua morte: estrelas de nêutrons e buracos negros. Ambos são tópicos dignos que podem durar semanas em um curso de astrofísica, mas para nós hoje, vamos simplesmente discutir como esses monstros gravitacionais se formam e o que isso significa para nós.
A vida de uma estrela é uma história de fusão quase descontrolada contida pelas garras de sua própria presença gravitacional. Chamamos isso de equilíbrio hidrostático, no qual a pressão externa dos elementos de fusão no núcleo de uma estrela é igual à pressão gravitacional interna sendo aplicada devido à massa da estrela. No núcleo de todas as estrelas, o hidrogênio está sendo fundido em hélio (a princípio). Esse hidrogênio veio da nebulosa de onde a estrela nasceu, que coalhou e entrou em colapso, dando à estrela sua primeira chance de vida. Durante a vida útil da estrela, o hidrogênio será consumido e mais e mais "cinzas" de hélio se condensarão no centro da estrela. Eventualmente, a estrela ficará sem hidrogênio e a fusão parará brevemente. Essa falta de pressão externa devido à não fusão temporária permite que a gravidade vença e esmaga a estrela para baixo. À medida que a estrela diminui, a densidade e, portanto, a temperatura no núcleo da estrela aumentam. Eventualmente, atinge uma certa temperatura e a cinza de hélio começa a se fundir. É assim que todas as estrelas passam pela parte principal de sua vida e entram nos primeiros estágios de sua morte. No entanto, é aqui que as estrelas do tamanho do sol e as estrelas massivas que estamos discutindo se separam.
Uma estrela que é aproximadamente do tamanho de nosso próprio sol passará por esse processo até atingir carbono. Estrelas desse tamanho simplesmente não são grandes o suficiente para fundir carbono. Assim, quando todo o hélio foi fundido em oxigênio e carbono (por meio de dois processos complexos demais para serem abordados aqui), a estrela não pode "esmagar" o oxigênio e o carbono o suficiente para iniciar a fusão, a gravidade vence e a estrela morre. Mas estrelas que têm massa suficiente mais que o nosso sol (cerca de 7x a massa) podem continuar passando por esses elementos e continuar brilhando. Eles têm massa suficiente para continuar esse processo de “esmagamento e fusão”, que é a interação dinâmica no coração desses fornos celestes.
Essas estrelas maiores continuarão seu processo de fusão além do carbono e oxigênio, além do silício, até o ferro. O ferro é a nota de morte cantada por esses gigantes em chamas, pois quando o ferro começa a encher o núcleo que está morrendo, a estrela está em seus lançamentos mortais. Mas essas estruturas maciças de energia não entram silenciosamente durante a noite. Eles saem da maneira mais espetacular. Quando o último dos elementos que não são de ferro se funde em seus núcleos, a estrela começa seu esquecimento no esquecimento. A estrela se choca com ela mesma, pois não tem como evitar a aderência implacável da gravidade, esmagando as camadas subseqüentes de elementos que sobraram desde a sua vida útil. Essa queda livre interna é atendida em um determinado tamanho, com uma força impossível de romper; uma pressão de degeneração de nêutrons que força a estrela a se recuperar. Essa quantidade massiva de energia gravitacional e cinética volta com uma fúria que ilumina o universo, ofuscando galáxias inteiras em um instante. Essa fúria é o sangue da vida do cosmos; o tambor bate na galáxia sinfônica, pois essa energia intensa permite a fusão de elementos mais pesados que o ferro, até o urânio. Esses novos elementos são lançados para fora por essa força incrível, montando as ondas de energia que os lançam profundamente no cosmos, semeando o universo com todos os elementos que conhecemos.
Mas o que resta? O que há depois deste evento espetacular? Tudo isso depende novamente da massa da estrela. Como mencionado anteriormente, as duas formas assumidas por uma estrela massiva são uma estrela de nêutrons ou um buraco negro. Para uma estrela de nêutrons, a formação é bastante complexa. Essencialmente, os eventos que descrevi ocorrem, exceto após as supernovas tudo o que resta é uma bola de nêutrons degenerados. Degenerado é simplesmente um termo que aplicamos a uma forma que a matéria assume quando é comprimida nos limites permitidos pela física. Algo que é degenerado é intensamente denso, e isso é verdade para uma estrela de nêutrons. Um número que você já deve ter ouvido falar é que uma colher de chá de material de estrela de nêutrons pesaria aproximadamente 10 milhões de toneladas e teria uma velocidade de escape (a velocidade necessária para se livrar de sua atração gravitacional) a cerca de 0,4 c, ou 40% da velocidade de luz. Às vezes, a estrela de nêutrons fica girando a velocidades incríveis, e as rotulamos como pulsares; o nome derivado de como os detectamos.
Esses tipos de estrelas geram muita radiação. Estrelas de nêutrons têm um enorme campo magnético. Este campo acelera elétrons em suas atmosferas estelares a velocidades incríveis. Esses elétrons seguem as linhas do campo magnético da estrela de nêutrons até seus pólos, onde podem liberar ondas de rádio, raios X e raios gama (dependendo do tipo de estrela de nêutrons). Como essa energia está sendo concentrada nos pólos, ela cria uma espécie de efeito de farol, com feixes de alta energia agindo como os feixes de luz de um farol. À medida que a estrela gira, esses feixes varrem muitas vezes por segundo. Se a Terra e, portanto, nosso equipamento de observação, estiverem orientados favoravelmente com esse pulsar, registraremos esses "pulsos" de energia à medida que os raios das estrelas se derramarem sobre nós. Apesar de todos os pulsares que conhecemos, estamos muito longe para que esses raios de energia nos machuquem. Mas se estivéssemos perto de uma dessas estrelas mortas, essa radiação lavando nosso planeta continuamente significaria certa extinção para a vida como a conhecemos.
Qual a outra forma que uma estrela morta assume; um buraco negro? Como isso ocorre? Se o material degenerado está tão longe quanto podemos esmagar a matéria, como aparece um buraco negro? Simplificando, os buracos negros são o resultado de uma estrela inimaginavelmente grande e, portanto, uma quantidade verdadeiramente massiva de matéria capaz de "quebrar" essa pressão de degeneração de nêutrons após o colapso. A estrela essencialmente cai para dentro com tanta força que rompe esse limite aparentemente físico, revolvendo-se e envolvendo o espaço-tempo em um ponto de densidade infinita; uma singularidade. Esse incrível evento ocorre quando uma estrela tem aproximadamente 18x a quantidade de massa que nosso sol possui e, quando morre, é realmente o epítome da física que foi ao extremo. Esse "pedaço extra de massa" é o que permite que ela desmorone essa bola de nêutrons degenerados e caia no infinito. É assustador e bonito de se pensar; um ponto no espaço-tempo que não é totalmente compreendido por nossa física e, no entanto, algo que sabemos existir. O verdadeiramente notável dos buracos negros é que é como o universo trabalhando contra nós. As informações de que precisamos para entender completamente os processos dentro de um buraco negro estão trancadas atrás de um véu que chamamos de horizonte de eventos. Este é o ponto de não retorno para um buraco negro, para o qual qualquer coisa além deste ponto no espaço-tempo não possui caminhos futuros que o conduzam. Nada escapa a essa distância da estrela colapsada em seu núcleo, nem mesmo a luz, e, portanto, nenhuma informação sai dessa fronteira (pelo menos não na forma que podemos usar). O coração sombrio deste objeto verdadeiramente surpreendente deixa muito a desejar e tenta-nos a atravessar seu reino para tentar conhecer o incognoscível; agarrar o fruto da árvore do conhecimento.
Agora, é preciso dizer, há muito no caminho da pesquisa com buracos negros até hoje. Físicos como o professor Stephen Hawking, entre outros, têm trabalhado incansavelmente na física teórica por trás de como um buraco negro opera, tentando resolver os paradoxos que freqüentemente aparecem quando tentamos utilizar o melhor de nossa física contra eles. Existem muitos artigos e documentos sobre essas pesquisas e suas descobertas subsequentes, por isso não irei aprofundar seus meandros por querer preservar a simplicidade no entendimento e também não tirar as mentes surpreendentes que estão trabalhando nessas questões. Muitos sugerem que a singularidade é uma curiosidade matemática que não representa completamente o que acontece fisicamente. Que o assunto dentro de um horizonte de eventos possa assumir formas novas e exóticas. Também vale a pena notar que, na Relatividade Geral, qualquer coisa com massa pode entrar em colapso para um buraco negro, mas geralmente nos apegamos a uma variedade de massas, pois criar um buraco negro com algo menor do que está nessa faixa de massa está além da nossa compreensão de como poderia acontecer. Mas, como alguém que estuda física, eu seria negligente em não mencionar que, a partir de agora, estamos em uma seção interessante de idéias que lidam intimamente com o que realmente está acontecendo dentro desses espectros de gravidade.
Tudo isso me leva de volta a um ponto que precisa ser feito. Um fato que precisa ser reconhecido. Ao descrever a morte dessas estrelas massivas, toquei em algo que ocorre. À medida que a estrela está sendo separada de sua própria energia e seu conteúdo é expelido para o interior do universo, algo chamado nucleossíntese está ocorrendo. Esta é a fusão de elementos para criar novos elementos. Do hidrogênio ao urânio. Esses novos elementos estão sendo lançados para fora a uma velocidade incrível e, portanto, todos esses elementos acabarão por chegar às nuvens moleculares. Nuvens moleculares (nebulosas escuras) são os viveiros estelares do cosmos. É aqui que as estrelas começam. E a partir da formação de estrelas, temos formação planetária.
À medida que uma estrela se forma, uma nuvem de detritos composta da nuvem molecular que deu origem à referida estrela começa a girar em torno dela. Essa nuvem, como sabemos agora, contém todos os elementos que foram cozidos em nossas supernovas. O carbono, o oxigênio, os silicatos, a prata, o ouro; todos presentes nesta nuvem. Esse disco de acréscimo sobre essa nova estrela é onde os planetas se formam, coalescendo neste ambiente enriquecido. Bolas de rocha e gelo colidindo, acumulando, sendo rasgadas e reformadas à medida que a gravidade trabalha com suas mãos diligentes para moldar esses novos mundos em ilhas de possibilidade. Esses planetas são formados a partir dos mesmos elementos que foram sintetizados naquela erupção cataclísmica. Esses novos mundos contêm as plantas da vida como a conhecemos.
Em um desses mundos, ocorre uma certa mistura de hidrogênio e oxigênio. Dentro dessa mistura, certos átomos de carbono se formam para criar cadeias replicantes que seguem um padrão simples. Talvez depois de bilhões de anos, esses mesmos elementos que foram lançados no universo por aquela estrela moribunda se encontrem dando vida a algo que pode olhar para cima e apreciar a majestade que é o cosmos. Talvez algo tenha a inteligência necessária para perceber que o átomo de carbono dentro dele é o mesmo átomo de carbono que foi criado em uma estrela que está morrendo e que ocorreu uma supernova que permitiu que esse átomo de carbono encontrasse o caminho para a parte certa do universo. a hora certa. A energia que foi o último suspiro moribundo de uma longa estrela morta foi a mesma energia que permitiu à vida respirar pela primeira vez e contemplar as estrelas. Esses fantasmas estelares são nossos ancestrais. Eles desapareceram em forma, mas ainda permanecem em nossa memória química. Eles existem dentro de nós. Nós somos supernova. Nós somos poeira estelar. Nós descendemos de fantasmas estelares ...
