01/11/2011
Identificado carbono primordial que deu origem
à vida
O website Inovação Tecnológica
publicou interessante artigo sobre o chamado "estado de Hoyle"
- uma forma do núcleo de carbono rica em energia, uma espécie
de passo intermediário entre o núcleo de hélio
e o núcleo de carbono, muito mais pesado.
Fábricas de elementos
Praticamente todos os elementos químicos mais pesados do que
o hélio exigem as condições extremas encontradas
no interior das estrelas para se formarem.
No caso do carbono - um elemento fundamental para a vida na Terra -
é necessário que seu núcleo passe por um certo
estado intermediário especial, para que ele possa se formar no
interior das estrelas,
Esse estado - chamado estado de Hoyle - é uma
forma do núcleo de carbono rica em energia, uma espécie
de passo intermediário entre o núcleo de hélio
e o núcleo de carbono, muito mais pesado.
O problema é que os cientistas vinham tentando calcular o estado
de Hoyle há quase de 60 anos, sem sucesso.
Se o estado de Hoyle não existisse, as estrelas poderiam gerar
apenas quantidades muito pequenas não apenas do carbono, mas
também de outros elementos mais pesados, como oxigênio,
nitrogênio e ferro.
Ou seja, sem esse passo intermediário, o Universo não
seria mais do que uma massa gasosa ou gelatinosa, com muito poucos elementos
pesados.
Sem esse tipo específico de núcleo de carbono, a vida
como a conhecemos não teria sido possível - e, eventualmente,
nem mesmo o Universo como o conhecemos.
Mas a vida e o Universo existem, com todos os elementos pesados - logo,
a peça que faltava ao quebra-cabeças deveria estar em
algum lugar.
Sem esse tipo específico de núcleo
de carbono,
que se origina no núcleo das estrelas, a vida como a conhecemos
não teria sido possível
- e, eventualmente, nem mesmo o Universo como o conhecemos.
[Imagem: NASA/ESA/STScI/AURA]
Estado de Hoyle
O processo de formação do carbono no interior das estrelas
é chamado processo triplo alfa: duas partículas alfa,
que são núcleos de hélio, reagem para formar o
berílio-8, que, por sua vez, reage com uma terceira partícula
alfa para formar o carbono-12.
Esse, contudo, não é o carbono-12 que conhecemos hoje,
mas um estado especial de alta energia, ou estado de Hoyle.
O processo de formação do carbono
no interior das estrelas é chamado processo triplo alfa. [Imagem:
CSIRO]
O estado de Hoyle não é exatamente um átomo,
mas um estado de ressonância, o que significa que ele
não pode ser localizado espacialmente e tem uma meia vida finita,
determinada pela energia que falta para o limite de emissão da
partícula.
Apenas 1 em cada 2.500 estados de ressonância vão de fato
decair e gerar um carbono-12 estável, como o conhecemos.
Fred Hoyle previu o estado de ressonância em 1954 e, para sorte
da vida, e eventualmente de todo o Universo, alguns anos depois experimentalistas
comprovaram sua existência.
Mas, até agora, ninguém havia conseguido entender exatamente
o estado de ressonância e descrevê-lo matematicamente.
Eureca
"Mas agora, nós conseguimos," comemora o Dr. Ulf-G.
Meibner, da Universidade de Bonn, na Alemanha. "As tentativas de
calcular o estado de Hoyle têm fracassado desde 1954."
Imagine o estado de Hoyle como uma estrada única que interliga
dois vales separados por uma cadeia de montanhas. No primeiro vale,
todos os caminhos levam a essa única estrada - sem ela, não
dá para chegar ao próximo vale.
No primeiro vale, tudo o que se dispõe é de três
núcleos de hélio. Eles devem se dirigir para a passagem
e, do outro lado, deve emergir o muito mais pesado átomo de carbono.
O problema é como esses três núcleos fracamente
ligados - praticamente uma "nuvem" de núcleos de hélio
- se condensam no átomo de carbono.
O problema era calcular como três núcleos
fracamente ligados
- praticamente uma "nuvem" de núcleos de hélio
- se condensam no átomo de carbono.
[Imagem: Chernykh et al.]
Primeiros princípios
"Isto é como se você quisesse analisar um sinal de
rádio, onde um transmissor principal e vários transmissores
escravos estivessem interferindo uns com os outros", ilustra o
Dr. Evgeny Epelbaum, coautor da pesquisa.
O transmissor principal é o núcleo estável de
carbono a partir do qual a vida se estruturou.
"Mas estamos interessados em um núcleo de carbono instável
e cheio de energia, por isso temos de separar o sinal mais fraco do
transmissor de rádio daquele sinal mais forte dominante, por
meio de um filtro de ruído," explica Epelbaum.
Segundo os pesquisadores, esses cálculos vinham fracassando
porque não se estava adotando uma precisão suficiente
paras as forças atuando entre os diversos núcleos - é
o que os cientistas chamam de cálculos de primeiros princípios,
que partem das forças mais fundamentais da natureza para simular
a evolução, neste caso, dos átomos de carbono.
Depois de uma semana ininterrupta de uso de um supercomputador, os
cientistas obtiveram resultados que coincidem tão bem com os
dados experimentais que eles acreditam ter de fato calculado o estado
de Hoyle.
Princípio antrópico
"Agora nós podemos analisar esta forma essencial do núcleo
de carbono em cada detalhe," diz o Dr. Meibner. "Nós
iremos determinar seu tamanho e sua estrutura. E isso também
significa que agora poderemos analisar em detalhes toda a cadeia de
formação dos elementos químicos."
Durante décadas, o estado de Hoyle foi o melhor exemplo para
a teoria de que as constantes fundamentais da natureza devem ter precisamente
os seus valores verificados experimentalmente, e não quaisquer
outros, pois, caso contrário, não estaríamos aqui
para observar o Universo - este é o chamado princípio
antrópico.
"Para o estado de Hoyle, isso significa que ele deve ter exatamente
a quantidade de energia que ele tem, ou então nós não
existiríamos", afirma o Dr. Meibner. "Agora nós
podemos calcular se, em um mundo diferente, com outros parâmetros,
o estado de Hoyle teria de fato uma energia diferente quando comparado
com a massa de três núcleos de hélio."
Se isto se confirmar, os cálculos validariam o princípio
antrópico.
O professor Fred Hoyle previu o estado de ressonância
do Carbono-12 em 1954,
mas ninguém havia conseguido entendê-lo completamente.
[Imagem: Wikimedia]
Bibliografia:
Ab initio calculation of the Hoyle state
Evgeny Epelbaum, Hermann Krebs, Dean Lee, Ulf-G. Meibner
Physical Review Letters
09 May 2011
Vol.: 106, 192501 (2011)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.192501
- Fonte : http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=carbono-primordial-estado-hoyle
