RADEIRIS: COMO NASCE UMA ESTRELA

    Nasce uma estrela

    Ao contrário do que você pode estar pensando, não se trata de uma atriz ficando famosa, mas de uma estrela mesmo! Aqueles pontinhos luminosos que vemos no céu à noite, que parecem tão eternos e imutáveis, também têm um ciclo de vida: nascem crescem e morrem. Vamos dar uma olhadinha no ciclo desses astros.

    As estrelas nascem nas nebulosas, que são imensas nuvens de gás compostas basicamente de Hidrogênio e o Hélio (os elementos mais comuns no Universo). Pode haver regiões da nebulosa com maior concentração de gases. Nessas regiões a força gravitacional é maior, o que faz com que ela começe a se contrair. Quando um gás se contrai, ele esquenta (note por exemplo que, ao encher um pneu de bicicleta, a bomba fica quente porque o ar foi comprimido). Por isso a temperatura desses gases vai aumentando. A temperatura final vai depender do tamanho dessa região mais densa. Se houver muito gás a temperatura aumentará o suficiente para "acender" o combustível nuclear e iniciar a queima do Hidrogênio (fusão nuclear), isso libera muita energia: nasce uma estrela! Caso contrário, se não há massa suficiente, após a contração o objeto começa a se esfriar, é o que chamamos de Anãs Marrons. Esse tipo de astro produz muito pouca energia, são mais parecidos com planetas como Júpiter do que com as estrelas. A massa mínima para acender as reações nucleares e formar uma estrela é de 50 vezes a massa de Júpiter.

    No início as estrelas produzem o Hélio a partir do Hidrogênio (H), depois o Hélio (He) é queimado produzindo Lítio, e assim por diante. Dessa forma elas vão criando elementos novos. Essas reações ocorrem na região mais central, denominada núcleo. O que mantém as estrelas estáveis é um equilíbrio entre a força gravitacional (que tende a puxar todo o seu conteúdo para o centro) e a pressão (que faz com que os gases se expandam). Quanto maior a temperatura, maior a pressão.

    Os tamanhos das estrelas podem ser bem diferentes. O seu diâmetro pode variar de um centésimo do diâmetro do Sol, até mil vezes esse tamanho. Para se ter uma idéia, o diâmetro do Sol é de 1 milhão e 400 mil quilômetros, aproximadamente cem vezes maior que o da Terra.

    À medida que as estrelas vão queimando o seu combustível nuclear a temperatura (no seu centro) vai aumentando, isso faz com que elas se expandam virando o que chamamos de Gigantes Vermelhas. Quando o Sol atingir essa fase engolirá Mercúrio, Vênus e a Terra, chegando próximo à órbita de Marte. Não se desespere, ainda faltam uns 4 bilhões de anos para isso acontecer! O Sol é uma estrela de meia idade, existindo a 4,5 bilhões de anos.

    A morte de uma estrela vai depender de sua massa. Se ela tiver menos que oito vezes a massa do Sol, ela se esfriará lentamente virando uma Anã Branca. A estrela libera alguns gases, que ficam entorno dela formando uma Nebulosa Planetária. As Anãs Brancas podem ter tamanhos comparáveis aos da Terra, porém com massas próximas às do Sol. Dessa forma uma colher de chá desse tipo de estrelas pesaria uma dezena toneladas! Se a estrela tiver uma massa maior que oito vezes a do Sol, ela terá uma morte catastrófica.

Como dissemos antes, as estrelas vão produzindo elementos novos, o que libera energia. Isso ocorre para todos os elementos mais leves que o ferro. Já para produzir este último consome-se energia. Assim na produção do ferro grande parte da energia da estrela é sugada, e ela acaba resfriando-se repentinamente. O núcleo é totalmente transformado em ferro em poucas horas! Dessa forma a pressão cai bruscamente e as camadas externas começam a despencar em direção ao centro da estrela, ali encontram-se com o núcleo sólido de ferro e quicam, sendo ejetadas para o espaço sideral a altas velocidades: É o que chamamos de Supernova. Com a energia dessa explosão são produzidos todos os elementos mais pesados que o ferro. Os gases liberados no espaço dão origem a uma nova nebulosa (na qual poderão surgir novas estrelas).

O destino do que sobrou no núcleo é novamente ditado pela massa. Se esta for menor que 2 ou 3 vezes a massa do Sol ele virará uma estrela de nêutrons. Se for maior, dará origem a um buraco negro.

O Universo era composto inicialmente só de H e He, portanto toda a matéria que nós conhecemos foi produzida nas estrelas! Tem mais: como aqui na Terra nós encontramos todos os elementos mais pesados que o ferro, isto significa que a nebulosa que deu origem ao Sol (e à Terra) é proveniente da explosão de uma supernova. Nós somos então poeira de estrelas!

Não confunda

As estrelas produzem a sua energia por um mecanismo chamado fusão nuclear. Nesse processo dois elementos simples se fundem para produzir um elemento mais pesado, liberando muita energia.

Não confunda com a fissão nuclear, processo utilizado nas usinas nucleares. Neste caso ocorre exatamente o contrário da fusão: Átomos muito pesados (como o Urânio) são quebrados, liberando energia. Infelizmente o resíduo desse processo é radioativo.

Fotos de nebulosas planetárias com anãs brancas em seu centro.

Estrelas de nêutrons

Essas estrelas são o resíduo da explosão de uma supernova. O diâmetro de uma estrela de nêutrons é de uns 10 Km. Como elas tem massas um pouco maiores que a do Sol, são objetos inimaginavelmente densos: uma colher de chá de uma estrela de nêutrons pode pesar um milhão de toneladas!

Algumas giram muito rápido, dando uma volta a cada milésimo de segundo!

As estrelas de nêutrons podem tem um campo magnético muito forte, o que faz que as ondas de rádio sejam emitidas num feixe estreito. Ao girar o pulso pode passar pela Terra, isso faz com que essas estrelas pareçam faróis cósmicos: daí vem o nome de Pulsar.

Foto da nebulosa de caranguejo. Ela é o resíduo da explosão de uma supernova. Em seu centro foi detectado um pulsar (estrela de nêutrons).

Como esses estros podem ser tão densos? De onde vem o nome Estrela de Nêutrons?

Para responder a essas perguntas é preciso entender um pouquinho como é a estrutura da matéria. A matéria que compõe todos os objetos que encontramos na Terra está sob a forma de átomos. Os átomos tem um núcleo minúsculo formado essencialmente de nêutrons e prótons, e uma nuvem de elétrons (quase pontuais) circundando-o. Para se ter uma idéia do tamanho do núcleo, pense num átomo como sendo o Marcanã (a nuvem de elétrons se estende até a arquibancada), o núcleo seria do tamanho de uma bola de futebol colocada no meio do campo! A matéria ordinária é então cheia de vazios!

Já numa estrela de nêutrons não há mais átomos, todos os prótons se juntaram ao elétrons formando nêutrons. No mesmo espaço que ocupava um átomo, há agora uma massa um trilhão de vezes maior. É como ter o Maracanã repleto de bolas
até o teto.

Buracos negros

Esses objetos misteriosos e tão falados são o resultado de explosão de uma estrela com muita massa. A força gravitacional é tanta, que nada pode impedir que a sua matéria caia indefinidamente até o centro. Em princípio esses objetos seriam pontuais, mas possuem massas bem maiores que a do Sol! Próximo ao buraco negro o campo gravitacional é muito intenso. Existe uma certa distância do buraco negro, chamada de horizonte dos eventos a partir da qual nada pode sair, nem a luz! Mas ao contrário do que muita gente pensa, a atração gravitacional fora do horizonte é a mesma que seria produzida por qualquer outro corpo de mesma massa. No entanto esta pode aumentar sem limites à medida que o buraco vai sugando material próximo, e por isso um único buraco negro poderia vir a ter a massa de milhões de estrelas. Para compreender esses objetos é preciso entender um pouco da teoria da relatividade geral de Einstein. Mesmo assim ainda há muitas dúvidas acerca desses astros, despertando o interesse de muitos cientistas.

Como podemos ver esses objetos, já que eles não emitem luz?

Um buraco negro não pode ser visto diretamente. No entanto, a matéria que é sugada por ele começa a girar muito rápido entorno do buraco negro, formando um disco que emite muita luz.

O disco que vemos nessa imagem possivelmente seja o traço da presença

de um buraco negro. Foto do telescópio espacial Hubble. (NGC4261)

NASCIMENTO DE ESTRELAS

Prof. Renato Las Casas e Divina Mourão (30/11/98)

HUBBLE FOTOGRAFA O NASCIMENTO DE ESTRELAS EM TODO O UNIVERSO

O telescópio espacial Hubble, há oito anos no espaço, tem revolucionado a Astronomia, respondendo a antigas questões formuladas pela humanidade e trazendo à frente de nossos olhos um universo muitas vezes até então impensado. Como nascem as estrelas? Como são formados os mundos? No final do século XX, cientistas consideram que as discussões sobre os processos fundamentais referentes a algumas dessas questões milenares estão praticamente encerradas devido ao êxito das pesquisas do Hubble.

A nebulosa de Orion, nesta época, pode ser observada durante toda a noite.

Nas galáxias, existem muita poeira e gás. Aproximadamente ¾ da massa de uma galáxia está entre as estrelas na forma de poeira e gás.

Uma nebulosa é basicamente uma imensa nuvem de gás e poeira entre as estrelas. Excitadas pela radiação das estrelas vizinhas, as moléculas desses gases, quando voltam ao seu estado fundamental, emitem a luminosidade que faz com que possamos ver a nebulosa.

Uma nebulosa especialmente bela, próxima ao Sol (1.500 anos-luz) e muito observada por astrônomos profissionais e amadores, é a Nebulosa de Orion, assim chamada por se encontrar na constelação de Orion - a referência a essa constelação são as três estrelas conhecidas por Três Marias.

Somente em uma pequena região dessa nebulosa (2,5 anos-luz de extensão), o telescópio Hubble, em novembro de 95, fotografou mais de 150 estrelas em formação. O mais importante dessas imagens, contudo, é a constatação da existência de discos de poeira e gás em torno dessas estrelas jovens (aproximadamente um milhão de anos).

Nesses discos, 99% são gases e 1% poeira; mesmo assim são opacos à luz emitida pelos gases da nebulosa que se encontram ao fundo, permitindo assim a sua observação. O diâmetro desses discos protoplanetários observados em Orion são da mesma ordem de grandeza do sistema solar.

Essas imagens por si só são extremamente fortes em favor da teoria de que as estrelas se formam pela contração de imensas nuvens de gás e poeira interestelar e que nesse processo, concomitantemente à formação da estrela central, forma-se em torno todo sistema planetário.

NOS QUATRO CANTOS DO COSMO

Também em novembro de 1995, o Hubble surpreendeu os astrônomos de todo o mundo com imagens de uma estrutura nebular na Nebulosa da Águia (Ml6), até então impensada (ela se encontra a 7.000 anos-luz da Terra, na Constelação da Serpente). Nestas fotos é possível ver estrelas se formando sem uma espessa nuvem de poeira em volta.

As colunas que aparecem nestas fotos são como que paredes de vastas nuvens de poeira e hidrogênio molecular, dentro das quais existem as condições necessárias para o processo de contração que resultará na formação de estrelas. A forte radiação de estrelas recém formadas dentro dessas nuvens empurra os gases menos densos para longe, deixando à mostra as regiões centrais de formação de novas estrelas nas regiões próximas às bordas das nuvens.

NGC 604 é uma imensa nebulosa (1.500 anos-luz de extensão) que se encontra próxima à borda de M33 (2.700.000 anos-luz da Terra), uma galáxia espiral como a nossa. Detalhes da estrutura dessa nebulosa, obtidos pelo Hubble em agosto de 96, têm clareado muitos pontos referentes à formação das estrelas e à evolução do meio interestelar.

A galáxia M33 e, dentro dela, no quadrado

assinalado, a Nebulosa NGC 604, detalhada pelo Hubble.

COLISÕES AUMENTAM NASCIMENTOS

Colisão entre galáxias é um fenômeno relativamente comum no universo. Em outubro de 94, o Hubble fotografou a Roda de Carruagem (500 milhões de anos-luz da Terra). Ela nada mais é que uma galáxia deformada por uma colisão que acabou de acontecer. Uma das duas galáxias menores, vistas à direita na foto, atravessou a galáxia maior, vista à esquerda. Como uma pedra atirada em um lago que cria uma onda em sua superfície, essa colisão provocou uma onda na galáxia maior que segue empurrando gases e poeira a uma velocidade superior a 600 mil quilômetros por hora.

Na frente dessa onda, em uma região de largura suficiente para conter toda a nossa galáxia, enquanto milhões de estrelas morrem em explosões que emitem grande luminosidade por curtos intervalos de tempo, outras estrelas vão nascendo e emitindo a luz azulada característica de suas altas temperaturas iniciais.

É essa a origem da forte radiação emitida pelo "anel" da Roda de Carruagem. Essa galáxia, possivelmente, era uma gigantesca galáxia espiral antes da colisão. Os detalhes da imagem têm ajudado muito no entendimento da formação de estrelas de grandes massas, em grandes nuvens fragmentadas.

Em outubro de 97, o Hubble fotografou a Galáxia da Antena (63 milhões de anos-luz de nós). São duas galáxias em pleno processo de colisão - a duração de uma colisão de galáxias é de alguns milhões de anos; intervalo de tempo curto se trata da vida de uma galáxia.

Na região central (foto do Hubble), próximo ao núcleo das galáxias, são vistos detalhes de até 15 anos-luz de extensão. Os pontos mais brilhantes são aglomerados de estrelas recém-nascidas, emitindo radiação azulada.
O Hubble descobriu mais de mil desses aglomerados originados pela colisão entre essas duas galáxias, vários deles contendo mais de um milhão de estrelas cada.

FORMAÇÃO DO SISTEMA SOLAR

A formação do sistema solar e a formação do universo são eventos separados no tempo e no espaço. O universo se formou a 16 bilhões de anos, a nossa galáxia a 13 bilhões e o sistema solar a apenas 4,5 bilhões.

A quase totalidade da massa do sistema solar (mais de 99%) está no Sol. Só na nossa galáxia existem centenas de milhões de outras estrelas como o sol.

Uma unidade de distância muito usada na astronomia é o ano-luz, que equivale à distância que a luz percorre em um ano, correspondente a 9,5 trilhões de quilômetros. A distância entre a Terra e o Sol é de 150 milhões de Km, ou aproximadamente vinte milésimos de milésimos de ano-luz. A distância de Plutão (o planeta mais distante) ao Sol é de aproximadamente 60 centésimos de milésimo de ano-luz. As distâncias entre as estrelas são muito maiores. Próxima Centauro, a mais próxima do Sol, está a 4,2 anos-luz. O diâmetro de nossa galáxia é de 100.000 anos-luz e o diâmetro do universo conhecido, aproximadamente 30 bilhões de anos-luz.

Comparação entre os tamanhos do Sol e de seus planetas

CONTRAÇÃO NEBULAR

As estrelas nascem, vivem e morrem. Elas se formam devido à contração de imensas nuvens de gás e poeira que existem nas galáxias. Atualmente, há fortes evidências a favor da teoria de que nesse processo, concomitantemente à formação da estrela, forma-se todo um sistema planetário em torno. Teria sido assim com o sistema solar, a 4,5 bilhões de anos.

CONTRAÇÃO E ROTAÇÃO

Alguns fatores já são conhecidos como os responsáveis pelo início do processo de contração das nuvens interestelares; entre eles, uma onda de pressão provocada pela morte de uma estrela vizinha em uma grande explosão. À medida que uma nuvem interestelar se contrai, ela se põe a girar, de maneira semelhante à água de uma pia quando escorre pelo ralo.

ROTAÇÃO E ACHATAMENTO

Quanto mais uma nuvem interestelar se contrai, mais rápido se põe a girar. À medida que gira, vai se "achatando" em um plano. Esse fenômeno é análogo ao que acontece quando giramos uma massa pastosa em torno de um eixo. É assim que muitos pizzaiolos abrem as massas de suas pizzas. Passamos a ter, então, depois de um período de milhões de anos, uma estrela com a massa de quase toda a nuvem primordial se formando no centro de um disco (protoplanetário) de gás e poeira. Mais de 150 estrelas nesse estágio de formação foram fotografadas pelo telescópio espacial Hubble na Nebulosa de Orion.

COLISÃO E AGLUTINAÇÃO

Em mais alguns milhões de anos se formarão os planetas, cometas e asteróides a partir do material do disco protoplanetário. O processo fundamental nessa etapa é o de aglutinação das partículas que colidem umas com as outras, de certa forma semelhante ao processo de crescimento de uma bola de neve.

FOI ASSIM CONOSCO?

Em Física, uma teoria é tão mais aceita quanto maior for o número de situações que puder prever e explicar. A teoria de contração nebular explica quase todas as características mais importantes do sistema solar observadas, como por exemplo, o fato das órbitas de todos os planetas estarem aproximadamente em um mesmo plano e terem o mesmo sentido de giro. Estudos atuais têm procurado explicar a baixa velocidade de rotação do Sol em torno de seu eixo. Cálculos preliminares, com base na teoria apresentada, indicam uma velocidade de rotação para o Sol muito maior que a observada.

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