Astronomia

Estrelas na Sala

Por Amanda Moreira e Milene Guena

Quando se olha o céu estrelado fica difícil imaginar como são formados aqueles astros que se encontram a milhares de quilômetros de distância do planeta Terra. A maioria desses astros são denominados estrelas, os corpos celestiais que brilham a noite, são astros densos com aspecto rochoso e tem em sua constituição básica o gás Hélio e o gás Hidrogênio, que são os responsáveis pela luminosidade cintilante característica das estrelas.

Ao decorrer da história, as estrelas que apresentavam uma “maior importância” foram sendo agrupadas em constelações como as Três Marias (Ver fig. 1), outras ao se destacar por apresentar uma maior luminosidade recebeu nome próprio como o Sol. O Sol é considerado a maior e a mais importante fonte de energia do nosso planeta.

Figura 1: As  Três Marias. Fonte: http://megaarquivo.com/2012/07/14/6332-astronomia-as-3-marias/

O nascimento de uma estrela não é um processo instantâneo, ele pode demorar dezenas de milhares de anos. As estrelas também têm o seu ciclo de vida. Essas, ao contrário do que muitos pensam, não são eternas, nascem, vivem e morrem.

As estrelas nascem no que chamamos de nebulosas (são nuvens de gases que em sua composição apresenta gás Hidrogênio (H), gás Hélio (He) e poeira), na nebulosa os gases ali presente não são distribuídos uniformemente, ou seja, em algumas regiões há uma maior concentração de gases, consequentemente a força gravitacional nessa região será bem maior e isso implica que haverá contrações naquela região – a figura 2 divulgada pela NASA mostra a nebulosa Roseta localizada a cerca de 5.000 anos-luz da Terra na constelação de Unicórnio –.

A temperatura no interior das nebulosas se equivale a -260°C, o início da formação se dá quando essa grande massa começa a se contrair, de acordo com a termodinâmica a pressão é uma grandeza diretamente proporcional com a temperatura, se um gás se contrai é por que a pressão sobre ele aumentou e consequentemente sua temperatura também aumenta. Ao chegar numa temperatura alta o suficiente inicia-se uma fusão nuclear¹  no interior da nebulosa.

Figura 2: Nebulosa Roseta. Fonte: https://blogdoastronomo.wordpress.com/2010/05/04/nasa-divulga-imagens-da-nebulosa-roseta-obtidas-pelo-telescopio-herschel/

Sendo assim, se houver muito gás a pressão aumenta e por consequência a temperatura se eleva, essa aumenta o suficiente para fundir os átomos de hidrogênio liberando assim muita energia. Desse modo, nasce uma estrela, caso contrário se a massa não for suficiente para gerar uma estrela, há um resfriamento gradativamente e há o nascimento do que chamamos de anãs marrons².

As estrelas existem devido ao processo de fusão nuclear onde há a união de átomos de hidrogênio dando origem a dois prótons formando então um átomo de Hélio (gás nobre que contém dois prótons em seu estado fundamental) esta é uma reação que há uma grande liberação de energia, é também um processo que até então só ocorreu em situações naturais, visto que para se produzir uma estrela através de fusão nuclear (como é produzido naturalmente) seria necessária uma temperatura elevadíssima o que traria grandes riscos e grandes custos.

Inicialmente as estrelas produzem Hélio a partir da fusão de átomos de Hidrogênio, depois o Hélio pode ser fundindo para produzir o Carbono, por exemplo, e assim periodicamente desse modo vão se criando novos elementos dentro da estrela até a formação do ferro. Os elementos que a estrela vai formar irá depender do seu tamanho. O Sol por exemplo é uma estrela bastante pequena se comparada com as demais, sendo assim, esse não chega ao ponto de produzir ferro, quanto maior a massa da estrela maior ela será como mostra a figura 3.

Formação dos elementos no interior de uma estrela pela fusão nuclear. Fonte: http://www.observatorio.ufmg.br/Pas105.htm

Nas fases finais da evolução de uma estrela do tipo solar (com massa equivalente a massa do Sol) esta começa a se contrair até se "livrar" de toda a sua camada externa. Chegando há esse ponto a estrela aumenta gradualmente seu tamanho e adquire um brilho intenso. Nesse estagio a então estrela se torna o que chamamos de nebulosa planetária³.

Conforme os milhares de anos vão passando, as estrelas fundem elementos cada vez mais pesados, chegando ao ponto onde a fusão desses elementos se torna tão poderosa que a temperatura na estrela se eleva cada vez mais e esta cresce gradativamente. Desse modo ela gasta todo o seu combustível inicial. Começa agora o que é chamado de decaimento, onde a estrela vai inchando a medida que vai “engolindo” o que tem por perto, até planetas próximos dependendo do estágio do decaimento. Chega um ponto em que a pressão interna é tão grande que a gravidade que atua sobre ela não consegue manter a estrela unida como um único corpo, assim, a estrela entra em colapso gerando uma grande explosão (chamada de Supernova) espalhando os diversos materiais que a compõe na galáxia.

Figura 4. O colapso de uma estrela. Fonte: http://minilua.com/incrivel-morte-estrela/

Após a explosão da estrela numa Supernova ela pode virar um corpo celeste onde há apenas um aglomerado de nêutrons, chamada estrela de nêutrons. Esse aglomerado é formado exclusivamente por nêutrons devido sua alta densidade, onde seus prótons e elétrons se unem no núcleo anulando-se, restando somente os nêutrons.

Além da estrela de nêutrons, a explosão da Supernova pode criar o que seria o ultimo estagio de uma estrela, o chamado buraco negro que é uma região do espaço que contem muita massa concentrada possuindo assim, uma atração gravitacional imensa onde nenhum objeto consegue escapar nem mesmo a luz. Ele é formado quando o núcleo original da estrela, que explodiu em uma supernova, passa a se contrair.

No buraco negro haverá uma grande quantidade de massa em um tamanho muito pequeno, ou seja, seu tamanho tendera para zero e sua densidade para o infinito, fazendo com que a força da gravidade seja tão grande que a velocidade de escape dele supere a velocidade da luz, e como nada é mais veloz que a luz nada escapa do buraco negro. Seu núcleo tem o nome de singularidade, é onde toda a matéria que é atraída é esmagada em um ponto infinitamente pequeno que chega a não ter dimensões, e sua entrada foi nomeada horizonte de eventos, o disco de acreção é toda a matéria que órbita em torno da singularidade. Ele possui três características distintas: massa, momento angular, e carga elétrica. Essas características dão ao buraco negro sua densidade quase que infinita.

Depois de se ter descrito como funciona do primeiro até o último estágio de uma estrela, você deve estar pensado que o pior e o mais temido estágio seria o último (o buraco negro) mas se eles surgem a partir de uma estrela, o que aconteceria se o Sol se tornasse um buraco negro? Claro que a chance para que isso ocorra é praticamente nula, pois o centro do sol não é grande o suficiente para chegar a esse ponto. Porém, os cientistas afirmam que assim como qualquer estrela o sol nasce e morre, ou seja, isso irá ocorrer um dia. Estima-se que isso só venha a ocorrer há aproximadamente daqui a 5 bilhões de anos, onde ele crescerá até se tornar uma gigante vermelha (4). Sendo assim os cientistas preveem que quando isso ocorrer o Sol crescerá a tal ponto de consumir Mercúrio e Vênus e provavelmente a Terra, sendo que depois de bilhões de anos o Sol ficará completamente sem energia.

Abordagem no Ensino Médio:

Relacionar astronomia com física e química para o ensino médio de inicio pode parecer difícil, e realmente existem alguns conceitos que podem fazer com que o aluno fique perdido, porém é possível relacionar essas ciências com o modo como as estrelas surgem e morrem.

Em termodinâmica a partir dos gases, o professor pode dar o exemplo da formação da estrela abordando o modo como o processo de comprimir a massa de gás da nebulosa faz com que esse tenha uma pressão interna maior e a temperatura elevada. O modo como as estrelas vivem e morrem podem ser utilizados em temas de química relacionados com os elementos químicos, já que os elementos ferro, carbono, e os demais elementos que são encontrados aqui na terra vieram das estrelas. Quando o professor for falar desses elementos, ele pode mostrar para sala de onde eles vieram e onde foram formados.

A ação da formação das estrelas pode ser abordada na termodinâmica, no processo de fusão dos elementos no interior delas, a pressão pode ser retomada no processo de explosão da estrela numa Supernova, que ocorre quando a pressão interna supera a gravidade que mantem a estrela unida como um só corpo.

A gravidade, além da forma como ela mantêm os componentes da estrela unidos, ela pode ser abordada com a relação massa/força em física, podendo o professor explorar o modo como a força da gravidade supera a velocidade da luz, explicando os conceitos de massa, força gravitacional, densidade, e velocidade de escape.

Além dos assuntos citados acima, o professor pode usar outros. A gama de possibilidades é grande, tomando como exemplos acontecimentos que ocorrem desde antes o surgimento da humanidade, porque muito antes do nosso planeta existir as estrelas viveram e morreram, e continuarão dessa forma por muito tempo. Mostrar ao aluno essa visão, que o que está além da Terra pode ser estudado com as ciências desenvolvidas aqui, dar a ele a possibilidade de abrir a mente para novos saberes científicos.

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1. Não confunda fusão nuclear com fissão nuclear, são processos distintos. Fissão nuclear é um processo usado nas usinas nucleares para produzir energia o processo se baseia na “quebra” de um átomo pesado (como o urânio) já a fusão nuclear é a união de átomos leves (como o Hidrogênio) para produzir um terceiro mais pesado, ambos os processos liberam energia.

2. Astros que produzem pouca energia, quanto a isso são mais parecidas com planetas do que com estrelas.

3. Nome dando devido ao seus descobridores , pois estes observaram através do telescópio óticos que a aparecia das nebulosas planetárias eram similares a aparência dos planetas gigantes.

4. é uma estrela gigante luminosa de massa pequena ou intermediaria.