O que é uma explosão cósmica?

O universo está repleto de fenômenos explosivos poderosos. Estrelas mais massivas, por exemplo, podem explodir em supernovas quando chegam ao fim de suas vidas, e essas explosões às vezes podem até ofuscar o brilho das galáxias onde elas estavam. Mas, afinal, o que é uma explosão cósmica e o que se sabe sobre esses fenômenos?

• Esta explosão pode mostrar que é possível extrair energia de buracos negros
• Estrela explode em supernova a 70 milhões de anos-luz de distância; veja o vídeo
• Esta foto mostra a explosão de uma supernova em galáxia distante

Tais eventos são de grande importância, pois maior parte dos elementos químicos — incluindo o oxigênio que respiramos e até o ferro em nosso sangue — foi produzida nas grandes "fábricas nucleares" que ficam no interior das estrelas. Já elementos mais pesados, como o titânio, exigem processos específicos e bastante intensos para se formarem.

Por isso, a maior parte dos elementos foi produzida em reações nucleares que ocorrem ao fim da vida de estrelas massivas, que produzem explosões espetaculares. Outros metais, como o ouro, podem se formar a partir de colisões entre estrelas de nêutrons, eventos ainda mais poderosos.

O que é uma explosão cósmica 

Para entender as explosões cósmicas, é preciso compreender, primeiro, o que define uma explosão no espaço. As explosões acontecem quando determinada quantidade — que, geralmente, costuma ser grande — de energia se move de um lugar para outro rapidamente. Assim, quando as supernovas, explosões de raios gama e outros tipos de eventos cósmicos acontecem, partículas altamente energéticas são liberadas em velocidades tão altas que podem até se aproximar da velocidade da luz. Essas partículas são nocivas à vida como conhecemos, e podem também destruir facilmente a atmosfera de planetas.

Apesar de terem comportamento violento, não pense nas explosões cósmicas como fenômenos necessariamente destrutivos — afinal, se nós existimos, é porque uma explosão cósmica aconteceu há muito tempo. De acordo com a teoria do Big Bang, há cerca de 13,7 bilhões de anos, tudo que conhecemos estava concentrado em uma pequena singularidade, que pode ser entendida como um ponto de densidade e calor infinitos. Então, uma expansão explosiva começou, que passou a inflar nosso universo a uma velocidade altíssima. Foi ali que surgiram o espaço e o tempo.

Hoje, já sabemos que esse processo de expansão continua e, aliás, está acontecendo mais rapidamente. Como tudo no universo está se afastando, existem teorias sugerindo que haverá um momento em que não será mais possível observar galáxias a partir da Terra e de nenhum outro ponto da Via Láctea. Se pudéssemos viver o suficiente para testemunhar isso, essas galáxias vão eventualmente "sumir" do nosso céu, enquanto outras estarão tão distantes que será praticamente impossível detectá-las mesmo com observatórios espaciais poderosos. Neste futuro obscuro — com o perdão pelo trocadilho —, a luz não vai conseguir preencher a lacuna aberta entre essas galáxias e nós, de modo que não será mais possível observar tais objetos, que estarão distantes demais.

Embora seja comum que o nome “Big Bang” (“grande explosão”, em tradução literal) seja associado a uma explosão caótica e destrutiva, perceba que, no fim das contas, não é adequado descrever este processo assim. Afinal, o início do espaço e do tempo foi, na verdade, uma expansão extremamente rápida, que continua fazendo com que o universo fique cada vez mais amplo. Além disso, ao contrário do que acontece nas explosões, essa expansão faz com que a energia acompanhe o espaço conforme este se expande.

As explosões no universo

Os astrônomos levaram quase um século para identificar as novas e supernovas, duas classes principais de explosões cósmicas. As novas são explosões cósmicas que ocorrem na superfície de uma anã branca, um objeto bastante denso porém pequeno, um pouco maior que a Terra, que surge quando uma estrela de massa parecida com a do Sol fica sem combustível nuclear e chega ao fim de sua vida.

Se ela estiver em órbita com outra estrela, a gravidade da anã branca pode puxar hidrogênio e outros materiais de sua companheira, que se acumulam em sua superfície. Com isso, as temperaturas e pressão em seu interior aumentam, dando início à fusão termonuclear. Este processo aumenta ainda mais a temperatura e leva a novas reações, até que chega um momento em que as camadas do material explodem em uma nova. Se for observada da Terra, a nova se pareceria com uma estrela brilhante no céu.

Já as supernovas se relacionam ao fim da vida das estrelas massivas. Durante suas vidas, essas estrelas produzem enormes quantidades de energia através da fusão nuclear, que impede que colapsem sobre sua própria estrutura. Contudo, em algum momento o combustível para a fusão vai acabar e a estrela vai se esfriar.

Com essa mudança de temperatura, a pressão no interior dela é reduzida, de modo que a estrela colapsa sobre si. Esse processo ocorre em altíssima velocidade e emite grandes ondas de choque, que explodem a parte mais externa da estrela e, assim, ocorre uma supernova. Ao fim do processo, o que sobra forma uma nebulosa.

Após a adição das novas e supernovas na lista de explosões cósmicas, foram necessárias algumas décadas para os cientistas incluírem também as explosões de raios gama. Estas podem ser facilmente consideradas as explosões mais fortes e brilhantes presentes no universo: em apenas alguns segundos, as explosões de raios gama liberam a quantidade de energia que o Sol irá emitir durante os 10 bilhões de anos em que existir.

As mais longas dessas explosões foram muito associadas às hipernovas, que são supernovas ultrapoderosas e 100 vezes mais brilhantes que as supernovas comuns. Já as mais breves são, provavelmente, causadas pelo encontro de duas estrelas de nêutrons, que acaba formando um buraco negro, ou quando um destes objetos massivos devora uma estrela de nêutrons.

Aliás, no ano passado, astrônomos identificaram uma explosão tão poderosa que faz as demais parecerem inofensivas: no coração do aglomerado de galáxias Ophiuchus, a quase 400 milhões de anos-luz da Terra, houve uma explosão que foi centenas de milhares de vezes maior que aquelas tipicamente observadas nos aglomerados de galáxias. Esta explosão, considera a maior já vista no universo, pode ter sido causada por poderosos jatos liberados pelo buraco negro supermassivo da galáxia central do aglomerado.

A importância e o perigo das explosões cósmicas

Não é de hoje que algumas explosões cósmicas são consideradas “fábricas” de elementos pesados, como o ouro. Simulações realizadas em supercomputadores da NASA forneceram informações valiosas sobre como elementos como o ouro e a prata nasceram. Os dados mostraram que, provavelmente, estes elementos foram formados na primeira fusão de estrelas de nêutrons já observada, que foi registrada por instrumentos e observatórios diversos, como o Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) — o mesmo que confirmou a existência das ondas gravitacionais.

Por outro lado, esses eventos podem não ser nada agradáveis para o surgimento da vida e sua evolução. Recentemente, uma equipe de astrônomos realizou um estudo dos lugares em que explosões cósmicas poderosas, como as supernovas e explosões de raios gama, podem ter acabado com a vida em nossa galáxia. Isso porque elas liberam partículas altamente energéticas e radiação, que podem destruir o DNA no interior das células — tanto que, segundo os autores, estes eventos teriam potencial para desempenhar um papel importante na destruição da vida em grande parte da Via Láctea. Por isso, os pesquisadores concluíram que as regiões mais amigáveis para a vida seriam aquelas sem explosões frequentes.

Para encontrar os lugares mais seguros na nossa galáxia ao longo de sua história, eles precisaram retroceder 11 bilhões de anos em seu desenvolvimento, e descobriram que, atualmente, estamos bem na “fronteira” de uma região ampla e tranquila para a existência da vida. Mas as coisas não foram sempre assim por aqui: quando a Via Láctea era jovem, as regiões mais afastadas eram as mais seguras. É que, no começo da história da nossa galáxia, a região que se estendia do centro a aproximadamente 33 mil anos-luz abrigava a formação de diversas estrelas, ou seja, era inabitável.

Foi também nesta época que a galáxia era frequentemente atingida por explosões poderosas, mas, como as regiões mais externas tinham menos estrelas, elas eram menos atingidas por estes eventos. Até aproximadamente 6 bilhões de anos atrás, a maior parte da Via Láctea era regularmente esterilizada por explosões massivas, que foram se tornando cada vez menos comuns. Hoje, as supernovas e outros eventos ainda são frequentes nas regiões mais próximas do centro da galáxia, mas a boa notícia é que, futuramente, a Via Láctea deverá ser ainda mais amigável para a vida.

Fonte: Weizmann, Science Alert, NASA, Space.com (1, 2), The Conversation, BBC, Live Science