03/07/2018

‘Você já se perguntou do que é constituído o Universo?’

IStock

Reprodução do blog do IMPA Ciência & Matemática, publicado em O Globo, e coordenado por Claudio Landim

Alan Alves Brito, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e Sociedade Astronômica Brasileira (SAB)

Você já se perguntou do que é constituído o Universo? Esta pergunta tem feito parte da história da ciência e do pensamento humano por séculos. Atualmente, cientistas trabalhando em Física, Astrofísica e Cosmologia buscam desesperadamente entender do que é feito 95% do Universo, fração dividida entre matéria escura (27%) e energia escura (68%) que, embora levem o mesmo sobrenome, “escura”, têm natureza distinta fisicamente. Apenas 5% do Universo é o que a gente consegue ver e detectar. Esta porção ínfima do que conhecemos é descrita pelos elementos químicos da tabela periódica, que são os ingredientes básicos da matéria e de tudo o que conseguimos observar hoje na natureza. Mas qual é a origem destes elementos?

Hidrogênio e hélio são os mais abundantes, formados nos 3 primeiros minutos aṕos o Big Bang, que é o marco inicial de tudo o que existe. Oxigênio é o terceiro elemento químico mais abundante, seguido por carbono, que é a base da vida como a conhecemos hoje. O oxigênio que a gente respira, o nitrogênio da atmosfera, o ferro do nosso sangue, o cálcio dos nossos ossos, o silício dos nossos computadores e o flúor da pasta de dente, todos estes elementos são formados no interior de estrelas de diferentes massas. As estrelas mais massivas, acima de 8 vezes a massa do Sol, poderão produzir, no seu núcleo, elementos químicos tão pesados quanto o ferro. Elementos naturais mais pesados que ferro, por exemplo, bário, lantânio, ítrio, zircônio e európio, são produzidos por outros processos, em ambientes astrofísicos variados. Dependendo da massa inicial, as estrelas viverão e morrerão de maneiras diferentes (ver aqui para mais detalhes).

O nosso Sol se formou cerca de 4.5 bilhões de anos atrás de uma nebulosa gasosa (nuvem molecular) composta majoritariamente (98%) de hidrogênio e hélio; os metais (todos os elementos químicos mais pesados que hélio) contribuíram com 2%. Estes metais foram produzidos por estrelas que nasceram e morreram antes do Sol. Apesar da baixa participação, os metais são os responsáveis pela composição química diferenciada dos planetas no Sistema Solar e, mais importante, pela produção de elementos químicos e moléculas que vão dar origem e manter a vida na Terra.

Teoria, experimentação e observação andam juntas nesta jornada pelo conhecimento científico. Embora cientistas já conseguem desvendar muitos dos segredos sobre os processos de formação dos elementos químicos na natureza, há ainda perguntas variadas esperando por respostas: quais são os detalhes dos processos físicos que produzem os elementos químicos e em quais ambientes astrofísicos? Qual é a composição química do Universo e como esta influencia na formação de estrelas e planetas? Há alguma conexão entre a química das estrelas e a dos planetas que elas hospedam? Qual é a composição química dos mais de 3 mil novos planetas agora conhecidos fora do Sistema Solar? O que mais a Mecânica Quântica, ou seja, a parte da Física que trata dos átomos e do mundo do muito pequeno, nos reserva no entendimento dos elementos químicos da tabela periódica?

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