Forjas de elementosonde o ouro e o ferro foram feitos

O ouro não se formou na Terra, e o ferro também não. A tabela de elementos do jogo separa os elementos em oito tipos de origem, as oito "forjas": o Big Bang, os raios cósmicos, as estrelas de baixa massa, as estrelas massivas, as explosões de anãs brancas, as fusões de estrelas de nêutrons, o decaimento radioativo e a síntese artificial. Esta página lista quais elementos cada forja fez e depois comenta alguns estudos-chave por trás deles.

As oito forjas

Nesta tabela, a síntese artificial (28 elementos) e as fusões de estrelas de nêutrons (26) têm mais elementos, e a espalação por raios cósmicos (2) tem menos. "Vem principalmente daqui na tabela de elementos do jogo" quer dizer que esta é a classificação do jogo para a fonte principal de cada elemento. Um elemento pode ter mais de uma fonte.

Como ler a tabela

O padrão da tabela é claro. A longa sequência de oxigênio, neônio, sódio, magnésio, alumínio, silício, fósforo, enxofre, cloro, argônio, potássio e cálcio fica com as supernovas de colapso do núcleo das estrelas massivas. Os seis elementos vanádio, cromo, manganês, ferro, cobalto e níquel ficam com as explosões de anãs brancas. De rutênio, ródio, paládio e prata até iodo, xenônio, césio, európio e gadolínio, a fonte são as fusões de estrelas de nêutrons. Carbono, nitrogênio e flúor ficam com as estrelas de baixa massa. Ou seja, elementos vizinhos na tabela periódica muitas vezes vêm de objetos completamente diferentes. O jogo usa essa classificação para mostrar que todo elemento da tabela periódica tem um "local de nascimento" específico, e cada um se liga a um estudo nas seções abaixo, dos cálculos do Big Bang à fonte de energia das estrelas e às observações de fusões de estrelas de nêutrons.

Os três mais leves: o Big Bang

Ralph Alpher e George Gamow foram os primeiros a calcular como os elementos leves se formaram no Big Bang. O nome de Hans Bethe foi incluído para fazer a piada "αβγ". O artigo se chama "The origin of chemical elements" (Alpher, Bethe e Gamow, Physical Review, 1948). Hidrogênio, hélio e lítio são os únicos deste grupo.

As fornalhas dentro das estrelas

Como o Sol pode queimar por bilhões de anos? Bethe descobriu que as estrelas brilham por fusão nuclear, o que resolveu o enigma (Bethe, Physical Review, 1939). Para que as estrelas produzissem carbono suficiente, Fred Hoyle previu que o carbono-12 precisava ter um nível de energia especial, o que os experimentos logo confirmaram (Hoyle, The Astrophysical Journal Supplement, 1954). Poucos anos depois, um artigo de cem páginas explicou de forma sistemática como as estrelas forjam, passo a passo, os elementos da tabela periódica: "somos todos poeira de estrelas, a começar daqui" (Burbidge, Burbidge, Fowler e Hoyle, Reviews of Modern Physics, 1957).

Explosões de anãs brancas e o ferro

Ferro, cobalto, níquel e o resto do "grupo do ferro" são atribuídos principalmente às explosões de anãs brancas na tabela. As anãs brancas têm um limite de massa de cerca de 1,4 massa solar e, acima dele, a estrela está fadada a continuar colapsando (Chandrasekhar, The Astrophysical Journal, 1931).

Fusões de estrelas de nêutrons: a história do ouro

A primeira vez que um único evento cósmico foi ao mesmo tempo "ouvido" e "visto": a fusão de duas estrelas de nêutrons (Abbott et al., Physical Review Letters, 2017). A matéria lançada pela fusão contém grandes quantidades de elementos pesados, e o ouro do seu anel provavelmente veio de uma colisão assim (Kasen et al., Nature, 2017).

Radioatividade e síntese artificial

As cadeias de decaimento do urânio e do tório produzem sete elementos: polônio, astato, radônio, frâncio, rádio, actínio e protactínio. A síntese artificial fornece o maior número: de tecnécio e promécio a neptúnio, plutônio e amerício, e adiante até einstênio, férmio, mendelévio e nobélio. Vale acrescentar mais um detalhe do jogo: o einstênio e o férmio foram ambos descobertos nos destroços do primeiro teste de bomba de hidrogênio.

Quer os originais? Procure por estes títulos

• Alpher et al. (1948): "The origin of chemical elements"
• Bethe (1939): "Energy production in stars"
• 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"
• Chandrasekhar (1931): "The maximum mass of ideal white dwarfs"
• 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"