Galáxias e elementoscomo as estrelas construíram a tabela periódica

Os elementos da tabela periódica foram forjados passo a passo nas estrelas, e a morte das estrelas os espalhou pelo espaço. Três núcleos de hélio formam carbono. A queima do carbono começa a acumular o oxigênio de que a vida precisa. A queima do silício vai até o ferro, onde a fusão termina. Elementos mais pesados, como ouro, platina e urânio, precisam ser forjados pelo processo r em fusões de estrelas de nêutrons.

Esta era vai de 1 bilhão a 9 bilhões de anos. É também a era em que as galáxias cresceram: cresceram por colisões, e a Via Láctea é uma galáxia espiral barrada cujas estrelas se formam principalmente nos braços espirais.

Sete eventos

• Nascimento do carbono (processo triplo-alfa): Três núcleos de hélio se fundem em carbono.
• Nascimento do oxigênio (queima do carbono): O oxigênio de que a vida precisa começa a se acumular.
• Pico do ferro (queima do silício): A fusão termina no ferro. A queima por fusão para aqui.
• Processo r (fusões de estrelas de nêutrons): Ouro, platina e urânio são forjados.
• 1 bilhão de anos · Protogaláxias: As galáxias crescem por colisões.
• 4 bilhões de anos · Formação da Via Láctea: Uma galáxia espiral barrada toma forma.
• 8 bilhões de anos · Braços espirais: A formação de estrelas se concentra nos braços espirais.

Como os elementos foram cozidos

Para as estrelas fazerem carbono suficiente, o carbono-12 precisa ter um nível de energia especial. Essa foi uma conclusão prevista primeiro e confirmada por experimento depois. O artigo trata de reações nucleares em estrelas muito quentes e da síntese de elementos do carbono ao níquel (Hoyle, The Astrophysical Journal Supplement, 1954). Alguns anos depois, um artigo de cem páginas explicou de forma sistemática como as estrelas forjam passo a passo os elementos da tabela periódica. O ditado "somos todos poeira de estrelas" começa aqui (Burbidge, Burbidge, Fowler e Hoyle, Reviews of Modern Physics, 1957).

De onde vem o ouro

Como as estrelas de nêutrons foram descobertas? A estudante de pós-graduação Jocelyn Bell notou um sinal de rádio que pulsava com precisão de fração de segundo. Primeiro foi chamado de brincadeira de "homenzinhos verdes" e depois se provou ser uma estrela de nêutrons (Hewish, Bell et al., Nature, 1968). Quando duas estrelas de nêutrons se fundiram, os humanos pela primeira vez "ouviram" e "viram" o mesmo evento cósmico, que se chama quilonova (Abbott et al., Physical Review Letters, 2017). A matéria lançada pela fusão contém grandes quantidades de elementos pesados, e o ouro do seu anel pode muito bem vir de uma colisão assim (Kasen et al., Nature, 2017).

Galáxias e matéria escura

Como as galáxias crescem? Se a matéria escura é "fria", isto é, lenta, as galáxias se juntam de baixo para cima, passo a passo, o que combina com a observação (Blumenthal, Faber, Primack e Rees, Nature, 1984). Simulações de computador também mostraram que os halos de matéria escura fria, de galáxias anãs a aglomerados de galáxias, seguem a mesma curva de densidade, que foi depois batizada com o nome dos três autores (Navarro, Frenk e White, The Astrophysical Journal, 1996).

Vendo as galáxias com clareza

O telescópio Hubble ficou olhando por dez dias de exposição um pequeno pedaço de céu "vazio" e captou cerca de 3.000 galáxias (Williams et al., The Astronomical Journal, 1996). O satélite Gaia mediu as posições e os movimentos de mais de um bilhão de estrelas e desenhou o mapa 3D mais detalhado da Via Láctea (Gaia Collaboration, Astronomy & Astrophysics, 2018). Foram achadas galáxias ainda mais antigas: o telescópio Webb confirmou galáxias brilhantes que existiam apenas cerca de 300 milhões de anos depois do início do universo, muito antes do esperado. O artigo é a confirmação espectroscópica de duas galáxias luminosas com desvio para o vermelho 14 (Carniani et al., Nature, 2024).

Quer ler os originais? Busque estes títulos

• Hoyle (1954): On nuclear reactions occurring in very hot stars. I. The synthesis of elements from carbon to nickel
• Burbidge et al. (1957): Synthesis of the elements in stars
• Hewish, Bell et al. (1968): Observation of a rapidly pulsating radio source
• Abbott et al. (2017): GW170817: Observation of gravitational waves from a binary neutron star inspiral
• Kasen et al. (2017): Origin of the heavy elements in binary neutron-star mergers from a gravitational-wave event
• Blumenthal et al. (1984): Formation of galaxies and large-scale structure with cold dark matter
• Navarro et al. (1996): The structure of cold dark matter halos
• Williams et al. (1996): The Hubble Deep Field: Observations, data reduction, and galaxy photometry
• Gaia Collaboration (2018): Gaia Data Release 2. Summary of the contents and survey properties
• Carniani et al. (2024): Spectroscopic confirmation of two luminous galaxies at a redshift of 14

Como o jogo mostra isso

No jogo, o intervalo de tempo da era Galáxias e elementos é "1 bilhão – 9 bilhões de anos" e seu recurso é elementos pesados. Os geradores são Fusão estelar, Explosões de supernova, Fusões de estrelas de nêutrons e Reciclagem do meio interestelar, nomeados pela linha de montagem de elementos descrita acima.