Universo e heavy metal

Somos creditados com o nascimento de algo como heavy metal. Nesse caso, precisamos urgentemente de um aborto.
- Ginger Baker, fundador da banda de rock britânica Cream

Olhe ao seu redor. Olhe em volta com cuidado. Por tudo o que o rodeia - pedras, árvores, montanhas, céu, nuvens, sol, água, todos os seres vivos.

Em que tudo isso consiste?



Em um nível fundamental, tudo o que você sabe, tudo na Terra, é composto de átomos. Hidrogênio, carbono, nitrogênio, cálcio, ferro, ouro, etc. Todos os elementos do universo são combinados de muitas maneiras diferentes para obter tudo o que podemos observar no universo. E se olharmos para a essência dos objetos, veremos exatamente o que dá a cada átomo suas propriedades especiais.



E, surpreendentemente, será apenas o número de prótons no núcleo de um átomo. E toda a variedade de coisas existentes em nosso mundo pode existir apenas porque no mundo há uma abundância de vários elementos, do hidrogênio ao urânio e além.



Mas nem todos esses elementos sempre existiram. E, é claro, nem sempre havia tantos como hoje. Por exemplo, alguns minutos após o Big Bang, o Universo esfriou o suficiente para que todas as reações nucleares que pudessem ocorrer nas condições existentes ocorressem nele. E podemos dizer que elementos estavam naquele momento no universo.



Curiosamente, mas o Universo (em massa) consiste em 76% de hidrogênio, 24% de hélio e não mais que 0,0000001% de todos os outros elementos combinados. O Universo esfriou e gerou átomos neutros sem problemas, mas como apenas o hidrogênio com hélio e uma quantidade desprezível de outros átomos apareceram nele, só podemos ficar surpresos ao ver o que temos hoje.



De onde veio tudo isso? Todos os elementos disponíveis hoje apareceram e ainda aparecem de uma maneira: nas estrelas.



Nosso Sol, como a maioria das estrelas, no curso da fusão nuclear transforma hidrogênio em hélio, e é isso que nutre nossa luminária. Mas as estrelas mais pesadas e massivas consomem muito mais combustível. E quando queimam todo o hidrogênio, transformam o hélio resultante em carbono, depois em nitrogênio, oxigênio, néon e sódio, depois em silício e enxofre, depois em ferro, níquel, cobalto e cobre.



As estrelas atingem esse estágio, cuja massa excede o mínimo solar em oito, ou mesmo centenas de vezes. O nosso Sol levará cerca de dez bilhões de anos para queimar todo o seu combustível. E estrelas mais massivas queimam de dezenas de milhões a apenas dezenas de milhares de anos até ficar sem combustível em seu núcleo! E a próxima etapa é muito divertida.



Uma estrela se transforma em uma supernova, e a energia emitida por ela é suficiente para criar todos os elementos do Universo, e em grande quantidade.

O vídeo mostra como esses elementos se dispersam e caem no universo. Do ponto de vista do hidrogênio e hélio puro, podemos dizer que eles "poluem" o Universo. Mas se você gosta da abundância de todos esses metais pesados ​​e outros elementos do Universo, pode dizer que eles o enriquecem.

Em algumas regiões ricas no passado, com grandes massas de estrelas - especialmente onde muitas gerações de estrelas já mudaram - você pode encontrar uma enorme quantidade de metais. Esta é precisamente a imagem observada na parte do cosmos onde o Sol está. Afinal, possui um grande número de linhas de absorção espectral que determinam exclusivamente a presença de elementos pesados!



Ao contrário do universo "limpo", nossa região do cosmos é enriquecida e cerca de 2% de todos os elementos nele são mais pesados ​​que o hidrogênio ou o hélio. Nosso Sol foi precedido por pelo menos duas gerações de estrelas que se formaram, queimaram seu combustível, morreram e enriqueceram sua região do espaço. Mas nossa região não pode ser chamada de uma das regiões mais ricas do Universo, ou mesmo de nossa galáxia.

E onde podemos procurar essas regiões?



Um grande número de elementos mais pesados ​​que o hélio, que os cosmólogos chamam de metais , estão localizados no centro das galáxias mais massivas - as regiões mais brilhantes, ativas e cruéis conhecidas no Universo.

As galáxias começaram a formar estrelas apenas 50-100 milhões de anos após o Big Bang e nas galáxias mais ricas e massivas, antes que sua luz nos chegasse, não uma ou duas, mas muitas gerações de estrelas podem ser substituídas.

Portanto, quando vejo notícias como esta :

Os cientistas ficaram surpresos ao descobrir que o carbono existia no Universo muito antes do que se pensava anteriormente.

Estou extremamente surpreso. Porque se eles não significam o ano "anterior" de 1920, não pensamos assim!



Esta é a TN J0924-2201 , a mais distante das galáxias de rádio abertas (com desvio para o vermelho z = 5,19. Quanto maior o número de desvios para o vermelho, mais jovem o Universo era na época e mais distante o objeto era de nós). Um trabalho científico foi escrito sobre ela. Mas é tão surpreendente que tantos metais pesados ​​tenham sido descobertos nesta galáxia? Citamos o artigo :

Na faixa de 2,0 <z <4,5, não é observada evolução da metalicidade. Usando espectroscopia no infravermelho próximo, Jiang e colegas (2007) não encontraram uma evolução pronunciada da metalicidade até z ∼ 6. Recentemente, Juarez e colegas (2009) descobriram que a metalicidade é muito alta mesmo para quasares com z ∼ 6. Esses resultados mostram que a principal era da evolução química nos núcleos ativos das galáxias está em z> 6.

Não se deixe enganar pelas manchetes: é sabido que o Universo era rico em metais e evoluiu seriamente já centenas de milhões de anos após o Big Bang, isto é, quando sua idade era de apenas 5% do presente! Por exemplo, vamos prestar atenção a esta galáxia "bebê":

scienceblogs.com/startswithabang/files/2011/11/spitzer_hubble_big_baby_galaxy_2.jpeg

Esta galáxia tem apenas 700 milhões de anos, seu desvio para o vermelho é tal que a luz que vem dela - a maioria azul ou ultravioleta - já se deslocou da parte visível do espectro! E, no entanto, esta galáxia não é apenas 8 vezes maior em massa que a Via Láctea, mas ainda mais rica em elementos pesados ​​que o nosso Sol!

E, no entanto, sabemos que em algum momento no passado, a primeira das estrelas formadas consistia apenas em hidrogênio e hélio. Onde foi? Resta apenas olhar mais para o passado.



Até agora, esta é a mais distante de todas as galáxias conhecidas por nós: UDFj-39546284 . Existia quando o universo tinha apenas 480 milhões de anos, ou seja, 3,5% da sua idade atual!

Há um pequeno número de estrelas azuis quentes nesta galáxia, e sua massa é inferior a 1% da massa da Via Láctea! As primeiras estrelas se formaram lá? Essa galáxia é típica dos estágios iniciais do universo então existentes?

De acordo com nossas melhores teorias, não ficaremos surpresos se as galáxias primitivas fossem ricas em metais e - em muitos casos - suas massas fossem comparáveis ​​à da Via Láctea. Mas em algum momento, algumas das galáxias distantes serão as primeiras. E queremos saber onde foi e quando. E agora, apenas um plano está sendo desenvolvido para esclarecer esse fato.



E esta é apenas uma das razões pelas quais precisamos de um telescópio espacial para eles. James Webb!

E embora não o tenhamos lançado, não se surpreenda que as partes mais distantes do Universo sejam compostas de metais pesados, estrelas evoluídas e galáxias massivas. O universo é um lugar onde tudo o que sabemos acontece muito rapidamente. Só se pode adivinhar quantos anos atrás, sob condições adequadas, planetas e até a vida poderiam ter se formado!