Como as estrelas se formam? - Médico - 2023

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O Universo ainda tem muitos mistérios a serem decifrados. Felizmente, existem algumas coisas sobre nosso Cosmos que sabemos. E um deles é o processo astronômico pelo qual as estrelas são formadas.

Essas estrelas são a chave do Universo. Organizadas em galáxias, as estrelas são o motor de tudo o que acontece no Cosmos. Vistas de nossa perspectiva como minúsculos pontos brilhantes, as estrelas são, na verdade, enormes esferas de plasma incandescente a distâncias de centenas ou milhares de anos-luz.

Estima-se que somente na Via Láctea poderia haver mais do que 400.000 milhões de estrelas. E se considerarmos que nossa galáxia é apenas mais uma dos 2 milhões de milhões que poderiam existir no Universo, é simplesmente impossível imaginar quantas estrelas "flutuam" no Cosmos.

Mas de onde eles aparecem? Como eles são formados? Por que eles atingem temperaturas tão altas? De onde vem a matéria que os constitui? O nascimento de uma estrela é um dos eventos mais surpreendentes do Universo; e no artigo de hoje veremos como isso acontece.

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O que exatamente é uma estrela?

Antes de aprofundar a análise de como nascem, é fundamental entender bem o que é uma estrela. Em termos gerais, é um corpo celeste de grande tamanho e temperaturas e pressões altas o suficiente para que em seu núcleo tem reações de fusão nuclear e isso emite sua própria luz.

As estrelas são compostas principalmente de gás na forma de hidrogênio (75%) e hélio (24%), embora as temperaturas imensas (na superfície são em torno de 5.000 ° C - 50.000 ° C, dependendo do tipo de estrela, mas no núcleos são facilmente alcançados a dezenas de milhões de graus), fazendo com que o gás esteja na forma de plasma.

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Este plasma é o quarto estado da matéria, que é um fluido semelhante ao gás, embora devido às altas temperaturas, suas moléculas sejam eletricamente carregadas, o que o faz parecer a meio caminho entre o líquido e o gás.

Nesse sentido, as estrelas são esferas incandescentes de plasma e composto basicamente de hidrogênio e hélio em cujos núcleos ocorrem reações de fusão nuclear, o que significa que os núcleos de seus átomos se unem (são necessárias energias incrivelmente altas que, literalmente, só ocorrem no núcleo das estrelas) para formar novos itens.

Ou seja, os núcleos dos átomos de hidrogênio (que têm um próton) se fundem para formar um átomo com dois prótons, que é o elemento hélio. É o que acontece no nosso Sol, uma estrela pequena e de baixa energia em comparação com os outros "monstros" estelares, que podem continuar a fundir o hélio para dar origem aos outros elementos da tabela periódica. Cada salto de elemento requer temperaturas e pressões muito mais altas.

Por isso, os elementos menos pesados são mais frequentes no Universo do que os pesados, pois poucas são as estrelas capazes de formá-los. Como vemos, são as estrelas que Eles "criam" os diferentes elementos. O carbono em nossas moléculas vem de alguma estrela do Universo (não do Sol, porque não pode fundi-lo) que foi capaz de gerar esse elemento, que tem 6 prótons em seu núcleo.

Essas reações de fusão nuclear requerem temperaturas de pelo menos 15.000.000 ° C, o que causa a liberação não só de energia luminosa, mas também de calor e radiação. As estrelas também têm massas incrivelmente altas que não apenas permitem que a gravidade mantenha o plasma altamente condensado, mas também atraem outros corpos celestes, como planetas.

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O ciclo de vida de uma estrela.

Quanto tempo vive uma estrela?

Tendo entendido o que é uma estrela, podemos agora embarcar nesta jornada para entender como elas são formadas. Mas, primeiro, é importante deixar claro que, embora as fases pelas quais passam sejam comuns a todas as estrelas, os tempos de duração de cada uma delas, assim como sua expectativa de vida, dependem da estrela em questão.

A vida de uma estrela depende de seu tamanho e composição química, pois vai determinar o tempo que as reações de fusão nuclear podem manter em seu núcleo. As estrelas mais massivas do Universo (UY Scuti é uma hipergigante vermelha com um diâmetro de 2,4 bilhões de km, o que faz nosso Sol, com seu pouco mais de 1 milhão de km de diâmetro, parecer um anão) viver por cerca de 30 milhões de anos ( um piscar de olhos em termos de tempo no Universo), uma vez que são tão energéticos que gastam o combustível muito rapidamente.

Por outro lado, acredita-se que as menores (como as anãs vermelhas, que também são as mais abundantes) vivam por mais de 200 bilhões de anos, pois consomem seu combustível muito lentamente. Exatamente, este é mais do que a idade do próprio Universo (O Big Bang aconteceu há 13,8 bilhões de anos), então ainda não houve tempo para essa estrela morrer.

No meio do caminho, temos estrelas como o nosso Sol, que é uma anã amarela.É uma estrela com mais energia do que a anã vermelha, mas não tanto quanto uma hipergigante, por isso vive cerca de 10 bilhões de anos. Considerando que o Sol tem 4,6 bilhões de anos, ainda não completou metade de sua vida.

Como vemos, a variedade de expectativas de vida nas estrelas varia enormemente, de apenas 30 milhões de anos para mais de 200.000 milhões. Mas, o que é que determina que uma estrela seja mais ou menos grande e que, portanto, viva mais ou menos? Bem, precisamente, seu nascimento.

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Nebulosas e proto-estrelas: como nasce uma estrela?

Nossa jornada começa com as nebulosas. Sim, aquelas nuvens incríveis que são perfeitas como papel de parede. Na realidade, as nebulosas são nuvens de gás (basicamente hidrogênio e hélio) e poeira (partículas sólidas) localizadas no meio do vácuo interestelar e com tamanhos de centenas de anos luz, geralmente entre 50 e 300.

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Isso significa que, sendo capaz de viajar à velocidade da luz (300.000 quilômetros por segundo), levaria centenas de anos para cruzá-los. Mas o que essas regiões têm a ver com o nascimento de uma estrela? Bem, basicamente tudo.

As nebulosas são nuvens gigantescas de gás e poeira cósmica (milhões de milhões de quilômetros de diâmetro) que não são afetados pela gravidade de qualquer outra estrela. Portanto, as únicas interações gravitacionais que são estabelecidas são entre os trilhões de gás e partículas de poeira que o constituem.

Porque, lembre-se, toda matéria com massa (ou seja, toda matéria) gera gravidade. Nós próprios damos origem a um campo gravitacional, mas é minúsculo em comparação com o da Terra, pelo que parece que não o temos. Mas aí está. E a mesma coisa acontece com as moléculas de uma nebulosa. Sua densidade é muito baixa, mas há gravidade entre as moléculas.

Portanto, as atrações gravitacionais acontecem constantemente, fazendo com que, ao longo de milhões de anos, chegue a tal ponto que, no centro da nuvem, haja uma maior densidade de partículas. Isso faz com que, a cada vez, a atração em direção ao centro da nebulosa seja maior, aumentando exponencialmente o número de partículas de gás e poeira que atingem o centro da nuvem.

Depois de dezenas de milhões de anos, a nebulosa tem um núcleo com um grau de condensação mais alto do que o resto da nuvem. Este "coração" continua a condensar-se cada vez mais até dar origem ao que é conhecido como proto-estrela. Dependendo da composição da nebulosa e da massa neste momento, uma estrela de um tipo ou de outro se formará.

Esta protoestrela, que é muito maior do que a estrela final, é uma região da nebulosa onde, devido à sua alta densidade, o gás perdeu seu estado de equilíbrio e começou a colapsar rapidamente sob sua própria gravidade, dando origem a um objeto delimitado e de aparência esférica. Não é mais uma nuvem. É um corpo celestial.

Quando esta protoestrela se formou, devido à gravidade que gera, um disco orbital de gás e poeira ao seu redor. Nele estará toda a matéria que, mais tarde, será compactada para dar origem aos planetas e outros corpos desse sistema estelar.

Representação de uma protoestrela.

Ao longo dos milhões de anos que se seguiram, a protoestrela continua a se compactar mais e mais em um ritmo lento, mas constante. Chega um momento em que a densidade é tão alta que, no núcleo da esfera, a temperatura chega a 10-12 milhões de graus, momento em que reações de fusão nuclear começam.

Quando isso acontece e o hidrogênio começa a se fundir para dar hélio, o processo de formação termina. Uma estrela nasceu. Uma estrela que, em essência, é uma esfera de plasma de alguns milhões de quilômetros de diâmetro que vem da compactação de grande parte da matéria (o Sol representa 99,86% do peso de todo o Sistema Solar) de uma nuvem gigantesca de gás e poeira com centenas de anos-luz de diâmetro.

Por fim, deve-se notar que essas nebulosas provêm, por sua vez, dos resquícios de outras estrelas, que, ao morrerem, expulsaram todo esse material. Como podemos ver, no Universo tudo é um ciclo. E quando nosso Sol morrer em cerca de 5.000 milhões de anos, a matéria que ele expele para o espaço servirá como um "modelo" para a formação de uma nova estrela. E assim por diante até o fim dos tempos.

E ... como uma estrela morre?

Depende. As mortes estelares são fenômenos muito misteriosos, pois são difíceis de detectar e estudá-los. Além disso, ainda não sabemos como morrem pequenas estrelas como as anãs vermelhas, porque, com sua expectativa de vida de até 200 bilhões de anos, ainda não houve tempo suficiente na história do Universo para que morressem. Tudo é hipótese.

De qualquer forma, uma estrela morre de uma forma ou de outra dependendo, novamente, de sua massa. Estrelas do tamanho do Sol (ou semelhante, tanto acima quanto abaixo), quando exaurem seu combustível, colapsam sob sua própria gravidade, condensando-se enormemente no que é conhecido como anã branca.

Esta anã branca é basicamente o remanescente do núcleo da estrela e, com um tamanho semelhante ao da Terra (imagine que o Sol se condensa o suficiente para dar origem a um objeto do tamanho da Terra), são uma das mais densas corpos no Universo.

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Mas quando aumentamos o tamanho da estrela, as coisas mudam. Se a massa da estrela é 8 vezes a massa do Sol, após o colapso gravitacional, uma anã branca não fica como um remanescente, mas explode em um dos fenômenos mais violentos do Universo: a Super Nova.

Uma supernova é uma explosão estelar que ocorre quando uma estrela massiva chega ao fim de sua vida. Atingem-se temperaturas de 3.000.000.000 ° C e são emitidas enormes quantidades de energia, além de radiação gama capaz de atravessar uma galáxia inteira. Na verdade, uma supernova a vários milhares de anos-luz da Terra pode causar o desaparecimento da vida na Terra.

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E se isso não fosse aterrorizante o suficiente, se a massa da estrela é 20 vezes maior que a do Sol, o colapso gravitacional após esgotar seu combustível não dá mais origem a uma anã branca ou a uma supernova, mas colapsa formando um buraco negro.

Os buracos negros se formam após a morte de estrelas hipermassivas e não são apenas os objetos mais densos do Universo, mas os mais misteriosos. Um buraco negro é uma singularidade no espaço, ou seja, um ponto de massa infinita e sem volume, o que implica que sua densidade seja, pela matemática, infinita. E é isso que faz com que ele gere uma gravidade tão alta que nem mesmo a luz pode escapar de sua atração. Por essa razão, não podemos (e nunca seremos capazes) de saber o que está acontecendo dentro dela.

Representação de um buraco negro.