A “fábrica” de ouro do Universo intriga cientistas e mostra como o metal precioso pode ser criado antes de chegar a planetas como a Terra

O ouro encontrado na Terra não nasceu dentro do nosso planeta. Para produzir elementos tão pesados, o Universo precisa de ambientes extremos, capazes de provocar reações nucleares impossíveis nas condições comuns de uma estrela como o Sol. Uma das principais “fábricas” conhecidas envolve colisões de estrelas de nêutrons, eventos violentos nos quais o chamado processo r pode formar ouro, platina e outros elementos pesados.

Como o ouro consegue ser produzido no espaço?

Estrelas comuns produzem novos elementos por fusão nuclear, mas esse mecanismo encontra dificuldades quando chega aos núcleos mais pesados. Para formar ouro em grande quantidade, é necessário disponibilizar uma enorme concentração de nêutrons em pouco tempo. É nesse cenário que entra o processo r, expressão usada para descrever a captura rápida de nêutrons por núcleos atômicos.

Durante esse processo, os núcleos absorvem nêutrons muito mais depressa do que conseguem sofrer determinados decaimentos radioativos. Depois, essas estruturas extremamente instáveis passam por transformações até originar elementos pesados. Entre os produtos associados a esse mecanismo estão:

• Ouro;
• Platina;
• Urânio;
• Lantânio e outros elementos pesados;
• Diferentes núcleos formados além do ferro na tabela periódica.

Por que as estrelas de nêutrons funcionam como uma “fábrica” cósmica?

As estrelas de nêutrons são restos extremamente densos deixados pela morte de estrelas massivas. Quando duas delas formam um sistema binário, podem perder energia durante milhões ou bilhões de anos, aproximando-se até colidirem. O impacto lança para o espaço matéria extraordinariamente rica em nêutrons, criando condições favoráveis ao processo r.

Essa matéria ejetada passa por uma sequência de reações nucleares e decaimentos. O resultado pode incluir quantidades enormes de elementos pesados. Simulações indicam que uma única fusão de estrelas de nêutrons pode sintetizar uma massa de metais preciosos incomparavelmente maior do que tudo aquilo que a humanidade já extraiu da crosta terrestre.

O que o evento GW170817 revelou aos astrônomos?

Uma confirmação decisiva chegou em 17 de agosto de 2017. Os observatórios LIGO e Virgo detectaram ondas gravitacionais produzidas pela fusão de duas estrelas de nêutrons a cerca de 130 milhões de anos-luz. O fenômeno recebeu o nome GW170817 e permitiu acompanhar uma mesma colisão por diferentes tipos de observação astronômica.

A sequência chamou atenção porque vários sinais apareceram quase em cadeia:

• Ondas gravitacionais foram registradas pelo LIGO e pelo Virgo;
• Um curto pulso de raios gama apareceu cerca de 1,7 segundo depois;
• Telescópios localizaram a fonte na galáxia NGC 4993;
• Uma kilonova tornou-se visível nas horas seguintes;
• O comportamento da luz indicou a formação de elementos pesados pelo processo r.

O que é uma kilonova e qual sua relação com o ouro?

A kilonova é o brilho produzido depois que uma colisão envolvendo objetos compactos lança material rico em nêutrons para o espaço. Os núcleos recém-formados são radioativos e liberam energia à medida que decaem. Essa energia aquece a matéria expelida e produz uma luminosidade que pode ser acompanhada por telescópios.

No GW170817, mudanças de cor e luminosidade da kilonova forneceram evidências importantes da produção de elementos pelo processo r. Observações posteriores de outros eventos também fortaleceram a ligação entre fusões envolvendo estrelas de nêutrons e a fabricação de núcleos pesados. Ainda há debate sobre quanto cada tipo de fenômeno contribui para a abundância desses elementos na galáxia.

Como o ouro produzido no espaço pode acabar em um planeta?

Depois de uma colisão, os átomos recém-formados são lançados no meio interestelar e podem se misturar a enormes nuvens de gás e poeira. Gerações posteriores de estrelas e planetas nascem desse material enriquecido. O Sistema Solar se formou há cerca de 4,6 bilhões de anos a partir de uma dessas nuvens, que já continha elementos produzidos por eventos cósmicos anteriores. Assim, o ouro incorporado à Terra é mais antigo que o próprio planeta.

Grande parte desse metal afundou em direção ao interior terrestre durante a diferenciação do planeta, enquanto impactos e outros processos ajudaram a definir a quantidade encontrada nas regiões mais acessíveis atualmente. Cada fragmento de ouro presente em uma joia ou depósito mineral guarda, portanto, uma história iniciada muito antes da formação da Terra, em ambientes onde estrelas de nêutrons, reações nucleares e explosões cósmicas transformaram partículas em alguns dos elementos mais pesados conhecidos.