Uma das grandes questões da astrofísica é a origem dos elementos pesados, no nosso Universo, que constituem a tabela periódica.

Os elementos mais leves, o hidrogénio e o hélio, formaram-se principalmente no Big Bang que deu origem ao Universo. Elementos um pouco mais pesados, como o oxigénio e o ferro, são forjados no interior dos núcleos quentes das estrelas e expelidos para o espaço quando estas morrem em explosões de supernova. No entanto, os elementos raros muito mais pesados do que o ferro, como o ouro e a platina, só são criados em condições muito mais extremas do que as encontradas nas estrelas normais. Durante décadas, os astrofísicos nucleares têm trabalhado para identificar os eventos, na natureza, que podem sintetizar estes elementos pesados.

Agora, um grupo multi-institucional de investigadores, liderado pelo professor Brian Metzger e pelo doutorando Anirudh Patel, da Universidade de Columbia em Nova Iorque, EUA, tem uma nova resposta a esta questão, que desafia as ideias existentes sobre onde são criados os elementos pesados. Num novo artigo científico, demonstram que elementos muito mais pesados do que o ferro foram criados num famoso evento cósmico de há mais de 20 anos, que libertou mais energia em meio segundo do que o nosso Sol produz num quarto de milhão de anos. A descoberta deste evento único fornece uma perspetiva importante sobre a forma como estes elementos são sintetizados em geral.

"Comparando os nossos modelos teóricos com os dados observados, encontrámos evidências de que uma das explosões mais brilhantes alguma vez observadas na nossa Galáxia - um poderoso surto de raios gama em 2004 - produziu uma enorme quantidade de elementos pesados que excede, em massa, o planeta Marte", disse Patel. "Foi uma sensação incrível ver a nossa previsão confirmada pelos dados existentes e perceber as implicações que esta descoberta tem para a história de alguma da matéria que compõe o nosso planeta".

No dia 27 de dezembro de 2004, vários satélites, incluindo o telescópio espacial INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) da ESA, detetaram uma explosão extremamente poderosa de raios gama proveniente de um magnetar na nossa Galáxia.

Os magnetares são uma classe de estrelas de neutrões que albergam os campos magnéticos mais fortes do Universo, mais de 10 biliões de vezes mais fortes do que o típico íman de frigorífico. As estrelas de neutrões são os corpos compactos que sobram quando estrelas massivas colapsam e explodem como supernovas. A imensa energia magnética dos magnetares provoca surtos extremos, semelhantes mas muito mais energéticos do que as erupções de partículas que o nosso Sol produz.

Impressão de artista de uma ruptura na crosta de uma estrela de neutrões altamente magnetizada. Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA/S. Wiessinger

Embora o magnetar, SGR 1806-20, se encontre a cerca de 30.000 anos-luz de distância, a "erupção gigante" de 2004 foi suficientemente brilhante para afetar as camadas superiores da atmosfera da Terra. Após a explosão inicial de raios gama, o telescópio espacial INTEGRAL também detetou um sinal de raios gama mais fraco, mas mais longo, que durou várias horas. Embora este "brilho remanescente" tenha sido relatado pela primeira vez por uma equipa de investigadores em 2005, na altura os cientistas não deram qualquer explicação física convincente.

Agora, Metzger, Patel e os seus colaboradores mostraram que este sinal anteriormente inexplicado da famosa erupção gigante do magnetar de 2004 pode ser atribuído à emissão de raios gama do decaimento radioativo de elementos pesados - elementos que foram recentemente sintetizados por uma série de reações nucleares na crosta da estrela de neutrões, à medida que esta era expelida para o espaço durante a erupção gigante. Os investigadores estimam que até 10% ou mais dos metais preciosos da Terra podem ser produzidos por magnetares. Embora muitos potenciais fenómenos que criam estes elementos tenham sido propostos pelos cientistas ao longo dos anos, este representa apenas o segundo evento confirmado em que os elementos mais pesados do nosso Universo podem ser sintetizados; o primeiro foi uma fusão de estrelas de neutrões prevista por Metzger em 2010 e confirmada observacionalmente em 2017.

Os investigadores começaram a sua descoberta no final do ano passado, quando Patel estava a calcular os elementos que são criados nas erupções dos magnetares. Apenas duas semanas antes do 20.º aniversário da erupção gigante de 2004, Patel fez cálculos preliminares da radiação de raios gama esperada destes elementos. "O pico de brilho e a escala temporal da emissão prevista correspondiam perfeitamente à observação inexplicável de 2004. Nesse momento, apercebemo-nos de que poderíamos ter feito uma descoberta", disse Patel.

"Esta única erupção gigante foi tão prodigiosa na criação destes elementos pesados que a acumulação de eventos semelhantes ao longo da história da nossa Galáxia poderia contribuir com uma fração significativa de todos estes elementos na Terra", disse Metzger. "É emocionante perceber que a platina da minha aliança pode ter sido forjada num evento tão cataclísmico. Esta descoberta abre uma série de novas questões relacionadas com o papel que os magnetares podem desempenhar na propagação de elementos em todo o Universo".

// Universidade de Columbia (comunicado de imprensa)
// NASA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)

Quer saber mais?

SGR 1806-20:
Wikipedia

Magnetar:
Wikipedia
AstronomyOnline.org

Estrela de neutrões:
Wikipedia
Universidade de Maryland

Elementos pesados (metais):
Wikipedia

INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory):
ESA
Wikipedia
Arquivo do Legado Científico do INTEGRAL