Sobre fusão nuclear em estrelas

A fusão nuclear é a força vital das estrelas e um processo importante para a compreensão de como o universo funciona. O processo é o que alimenta nosso próprio Sol e, portanto, é a fonte raiz de toda a energia da Terra. Por exemplo, nossa comida é baseada em comer plantas ou comer coisas que comem plantas, e as plantas usam a luz do sol para fazer comida. Além disso, praticamente tudo em nossos corpos é feito de elementos que não existiriam sem a fusão nuclear.

A fusão é um estágio que ocorre durante a formação das estrelas. Isso começa com o colapso gravitacional de uma nuvem molecular gigante. Essas nuvens podem abranger várias dezenas de anos-luz cúbicos de espaço e conter grandes quantidades de matéria. Conforme a gravidade colapsa a nuvem, ela se quebra em pedaços menores, cada um centrado em torno de uma concentração de matéria. À medida que essas concentrações aumentam em massa, a gravitação correspondente e, portanto, todo o processo se acelera, com o próprio colapso criando energia térmica. Eventualmente, essas peças se condensam sob o calor e a pressão em esferas gasosas chamadas proto-estrelas. Se uma protoestrela não concentra massa suficiente, ela nunca atinge a pressão e o calor necessários para a fusão nuclear e se torna uma anã marrom. A energia que sobe da fusão que ocorre no centro atinge um estado de equilíbrio com o peso da matéria da estrela, evitando mais colapso mesmo em estrelas supermassivas.

A maior parte do que compõe uma estrela é gás hidrogênio, junto com um pouco de hélio e uma mistura de oligoelementos. A enorme pressão e calor no núcleo do Sol são suficientes para causar a fusão do hidrogênio. A fusão do hidrogênio une dois átomos de hidrogênio, resultando na criação de um átomo de hélio, nêutrons livres e uma grande quantidade de energia. Este é o processo que cria toda a energia liberada pelo Sol, incluindo todo o calor, luz visível e raios ultravioleta que eventualmente chegam à Terra. O hidrogênio não é o único elemento que pode ser fundido dessa maneira, mas os elementos mais pesados ​​requerem quantidades sucessivamente maiores de pressão e calor.

Eventualmente, as estrelas começam a ficar sem hidrogênio que fornece o combustível básico e mais eficiente para a fusão nuclear. Quando isso acontece, a energia ascendente que sustentava o equilíbrio estava evitando que a condensação da estrela explodisse, causando um novo estágio de colapso estelar. Quando o colapso coloca pressão suficiente e maior no núcleo, uma nova rodada de fusão é possível, desta vez queimando o elemento mais pesado do hélio. Estrelas com massa inferior a metade do nosso Sol não têm os meios para fundir o hélio e se tornam anãs vermelhas.

Quando uma estrela começa a fundir hélio no núcleo, a produção de energia aumenta em relação ao hidrogênio. Essa saída maior empurra as camadas externas da estrela ainda mais para fora, aumentando seu tamanho. Ironicamente, essas camadas externas agora estão longe o suficiente de onde a fusão está ocorrendo para esfriar um pouco, transformando-as de amarelo para vermelho. Essas estrelas se tornam gigantes vermelhas. A fusão de hélio é relativamente instável e flutuações na temperatura podem causar pulsações. Ele cria carbono e oxigênio como subprodutos. Essas pulsações têm o potencial de explodir as camadas externas da estrela em uma explosão de nova. Uma nova pode, por sua vez, criar uma nebulosa planetária. O núcleo estelar restante se resfriará gradualmente e formará uma anã branca. Este é o provável fim para nosso próprio sol.

Estrelas maiores têm mais massa, o que significa que quando o hélio se esgota, elas podem ter um novo rodada de colapso e produzir a pressão para iniciar uma nova rodada de fusão, criando ainda mais elementos Isso pode continuar até que o ferro seja alcançado. O ferro é o elemento que divide os elementos que podem produzir energia na fusão daqueles que absorvem energia na fusão: o ferro absorve um pouco de energia na sua criação. Agora a fusão está drenando, em vez de criar energia, embora o processo seja desigual (a fusão do ferro não ocorrerá universalmente no núcleo). A mesma instabilidade de fusão em estrelas supermassivas pode fazer com que ejetem suas camadas externas de maneira semelhante às estrelas regulares, com o resultado sendo chamado de supernova.

Uma consideração importante na mecânica estelar é que toda matéria no universo mais pesada que o hidrogênio é o resultado da fusão nuclear. Elementos verdadeiramente pesados, como ouro, chumbo ou urânio, só podem ser criados por meio de explosões de supernova. Portanto, todas as substâncias com as quais estamos familiarizados na Terra são compostos construídos a partir dos destroços de alguma morte estelar passada.