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Formação do Sol | Como era onde nossa estrela nasceu?

Por| Editado por Luciana Zaramela | 16 de Fevereiro de 2024 às 18h00

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ESO/L. Calçada
ESO/L. Calçada

O universo sempre foi uma fábrica de estrelas, mas demorou mais de 9 bilhões de anos para que o Sol pudesse se formar. Graças a essa demora, a nuvem de gás e poeira que deram origem ao nosso astro foi enriquecida com os metais necessários para a formação da Terra e da vida que conhecemos.

De 50 a 100 milhões de anos após o Big Bang, as estrelas começaram a se formar, originando a luz. Da poeira restante de cada estrela recém-nascida, surgiram planetas, asteroides e outros objetos celestes.

Isso ocorre até hoje e deve continuar acontecendo por muitos bilhões de anos. O processo é ininterrupto devido à abundância de gás hidrogênio, a principal matéria para formar estrelas.

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Enriquecimento químico

Cada nova geração de estrelas é potencialmente mais rica em elementos químicos do que a anterior. O motivo é a reciclagem de material: sempre que uma estrela morre em eventos extremos como supernovas, átomos de elementos mais pesados que o hidrogênio são expelidos em alta velocidade.

Esses elementos viajam pelo espaço interestelar até encontrar outras nuvens formadoras de estrelas carinhosamente chamadas de berçário estelar, pois é onde as estrelas bebês nascem e evoluem. Assim, as próximas que nascerem nessas nuvens vão ter tais elementos em sua composição.

Graças a esse processo, nosso Sistema Solar contém todos os elementos da Tabela Periódica. Em outras palavras, tivemos sorte, pois o nascimento do Sol ocorreu somente quando a nuvem que lhe deu origem foi enriquecida o suficiente com esses elementos.

Composição química

Se o universo é uma fábrica de estrelas, então as galáxias são seus caldeirões, onde os ingredientes são misturados e colocados sob as condições necessárias para a produção estelar. No caso de galáxias espirais como a nossa, a rotação é um fator importante para o processo.

Galáxias desse tipo têm uma estrutura em forma de panqueca, com gás em um disco fino mais denso no centro e menos denso na periferia, que orbitam um núcleo. As partes internas giram mais rápido do que as externas e, com o tempo, gás, poeira e outros materiais são atraídos para o centro galáctico.

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Ali, esses materiais interagem com outros elementos presentes nas regiões internas, e formam grandes “famílias” de estrelas. Mas os berçários estelares na periferia galáctica também passam por episódios de formação estelar.

O Sistema Solar se formou a partir de uma nuvem de gás relativamente próxima da borda do disco, a cerca de 27 mil anos-luz do centro. Na época, a composição do que se tornaria o Sistema Solar era feita 70% de hidrogênio, 28% de hélio, e apenas cerca de 2% de todo o resto combinado.

Se pensarmos que, logo após o Big Bang, a matéria comum se resumia a 75% de hidrogênio, 25% de hélio e menos de um milionésimo por cento de todo o resto, poderíamos dizer que não houve uma evolução química tão grande no berçário estelar do Sol.

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Mas não se engane, pois este é um enriquecimento pra lá de significativo. Por outro lado, a imensa quantidade de hidrogênio que ainda há no universo mostra que as estrelas ainda são uma pequena fração daquilo que podemos detectar com telescópios.

Formação das estrelas

Em galáxias espirais, as nuvens de gás não ficam restritas nos braços onde se encontram, mas transitam entre eles. Ao atravessar um dos braços espirais, as nuvens coletam material interestelar enriquecido pelas muitas explosões de supernovas e outros eventos cataclísmicos.

À medida que acumulam essa matéria, as nuvens ganham mais densidade, até atingirem um ponto crítico. Nesse processo, o gás e a poeira resfriam rapidamente, o que implica na irradiação do calor. O resultado da densidade e resfriamento é o colapso gravitacional e fragmentação da nuvem em aglomerados.

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Os aglomerados maiores se transformam em estrelas mais massivas, enquanto os menores formam estrelas de menor massa, sujeitas à radiação de estrelas mais massivas. Fusões de aglomerados aceleram o crescimento estelar, e uma competição entre gravidade e radiação.

Nessa batalha, a radiação das estrelas massivas tentará espalhar o material de nuvens menos densas, onde protoestrelas (estágio inicial de formação de uma estrela) estão tentando nascer. A gravidade, por outro lado, tende a manter tudo unido. E, no universo, a gravidade tende a vencer sempre.

Mesmo que a radiação das estrelas mais massivas de um aglomerado vença, espalhando matéria de suas colegas menos densas para longe, a gravidade fará seu papel de agregá-la em outras pequenas nuvens. Isso também contribui para espalhar ainda mais os elementos pesados pela vizinhança.

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Formação do Sol

Em uma dessas pequenas nuvens, uma protoestrela de massa mediana puxava matéria em direção de seu núcleo para a crescer, até ganhar massa e densidade o suficiente para iniciar a fusão nuclear. Ou seja, para se tornar uma estrela de fato.

Ao mesmo tempo, essa protoestrela girava em alta velocidade em torno do próprio eixo; quanto mais matéria de sua nuvem caía em seu núcleo, mais rápida sua rotação se tornava. O princípio físico que explica esse fenômeno é o mesmo que faz uma patinadora de gelo girar mais rápido quando recolhe os braços junto ao corpo.

Porém, a protoestrela estava a uma temperatura próxima a 4 milhões de K; essa radiação fez com que a matéria ao seu redor evaporasse, formando um disco circunstelar. Esse disco permaneceu girando, herdando a velocidade de rotação (momento angular) da protoestrela.

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Após 500.000 a 2.000.000 de anos, o disco começou a se fragmentar, dando origem aos primeiros protoplanetas, enquanto voláteis evaporados e empurrados para as partes mais externas do disco criaram "linhas de gelo".

Um desses protoplanetas era rochoso — um tipo de corpo que só pode nascer em ambientes ricos em elementos como o ferro. Quando cresceu o suficiente, esse objeto se tornou nossa Terra, onde a vida surgiu graças à variedade química daquela protoestrela, que hoje chamamos de Sol.

Longe do que chamamos de Sistema Solar, as estrelas mais massivas que espalharam matéria vizinha com sua radiação intensa, gastam seus “combustíveis” de fusão nuclear rapidamente, e explodem em supernovas. Dessa vez, todos os fragmentos de nuvens em estágios iniciais de formação estelar que existisse ali perto são eliminados.

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Nascimento violento

Existem trilhões de galáxias espalhadas pelo universo, cada uma com incontáveis nuvens de formação estelar. Nesse sentido, o universo não é diferente do que foi em seus primeiros bilhões de anos de idade.

Mas longe de serem completamente isoladas, as galáxias interagem entre si; muitas delas, como a Via Láctea, evoluem por meio da fusão com galáxias anãs vizinhas. Ao se fundirem, suas nuvens de gás são perturbadas e podem ser estimuladas a novos surtos de formação estelar.

Há outros fenômenos que podem resultar no nascimento de centenas ou milhares de novas estrelas, como os quasares. Eles são alguns dos eventos mais energéticos do universo, e consistem em buracos negros ejetando matéria, que por sua vez, cai de volta na galáxia para “reciclagem”.

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Isso tem acontecido no universo há muitos bilhões de anos, e assim continuará acontecendo por muito mais tempo. A diferença é que, seguindo a regra inviolável da entropia, o universo tende a ficar mais complexo, em um processo de evolução que nunca voltará atrás.

Estrelas nascem em meio a ambientes de conflito entre forças elementais, muitas vezes tentando sobreviver a vizinhos hostis, como enxames de estrelas massivas, ou até mesmo buracos negros ativos. O universo é um lugar violento, e os berçários estão no olho em ciclos de nascimento e morte em escalas incompreensíveis.