O ferro é um dos elementos mais abundantes no Universo, além de elementos mais leves, como hidrogênio, oxigênio e carbono. No espaço interestelar, deve haver quantidades abundantes de ferro em sua forma gasosa. Então, por que, quando os astrofísicos olham para o espaço, eles vêem tão pouco?
Primeiro de tudo, há uma razão pela qual o ferro é tão abundante e está relacionado a uma coisa na astrofísica chamada pico de ferro.
Em nosso universo, outros elementos além do hidrogênio e do hélio são criados pela nucleossíntese nas estrelas. (Hidrogênio, hélio e um pouco de lítio e berílio foram criados na nucleossíntese do Big Bang.) Mas os elementos não são criados em quantidades iguais. Há uma imagem que ajuda a mostrar isso.
A razão para o pico de ferro tem a ver com a energia necessária para a fusão nuclear e a fissão nuclear.
Para os elementos mais leves que o ferro, à esquerda, a fusão libera energia e a fissão a consome. Para elementos mais pesados que o ferro, à direita, o inverso é verdadeiro: sua fusão que consome energia e a fissão que a libera. É por causa do que é chamado de energia de ligação na física atômica.
Isso faz sentido se você pensar em estrelas e energia atômica. Usamos a fissão para gerar energia em usinas nucleares com urânio, que é muito mais pesado que o ferro. As estrelas criam energia com a fusão, usando hidrogênio, que é muito mais leve que o ferro.
Na vida ordinária de uma estrela, elementos até e inclusive ferro são criados pela nucleossíntese. Se você deseja elementos mais pesados que o ferro, precisa esperar que uma supernova aconteça e a nucleossíntese da supernova resultante. Como as supernovas são raras, os elementos mais pesados são mais raros que os leves.
É possível gastar uma quantidade extraordinária de tempo descendo a toca do coelho da física nuclear e, se o fizer, você encontrará uma enorme quantidade de detalhes. Mas basicamente, pelas razões acima, o ferro é relativamente abundante em nosso universo. É estável e requer uma quantidade enorme de energia para fundir o ferro em qualquer coisa mais pesada.
Por que não podemos vê-lo?
Sabemos que o ferro na forma sólida existe nos núcleos e crostas de planetas como o nosso. E também sabemos que é comum na forma gasosa em estrelas como o Sol. Mas o problema é que deve ser comum em ambientes interestelares em sua forma gasosa, mas simplesmente não conseguimos ver.
Como sabemos que precisa estar lá, a implicação é que ela está envolvida em algum outro processo, forma sólida ou estado molecular. E mesmo que os cientistas procurem há décadas, e mesmo que seja o quarto elemento mais abundante no padrão de abundância solar, eles não o encontraram.
Até agora.
Agora, uma equipe de cosmoquímicos da Universidade Estadual do Arizona diz que resolveu o mistério do ferro desaparecido. Eles dizem que o ferro estava escondido à vista de todos, em combinação com moléculas de carbono em coisas chamadas pseudocarbinos. E é difícil ver os pseudocarbinos porque os espectros são idênticos a outras moléculas de carbono que são abundantes no espaço.
A equipe de cientistas inclui o autor principal Pilarasetty Tarakeshwar, professor associado de pesquisa na Escola de Ciências Moleculares da ASU. Os outros dois membros são Peter Buseck e Frank Timmes, ambos na Escola de Exploração da Terra e no Espaço da ASU. Seu artigo é intitulado "Sobre a estrutura, propriedades magnéticas e espectros infravermelhos de pseudocarbinos de ferro no meio interestelar" e é publicado no Astrophysical Journal.
"Estamos propondo uma nova classe de moléculas que provavelmente será disseminada no meio interestelar", disse Tarakeshwar em um comunicado à imprensa.
A equipe se concentrou no ferro gasoso e em como apenas alguns átomos dele poderiam se juntar aos átomos de carbono. O ferro combinaria com as cadeias de carbono e as moléculas resultantes conteriam os dois elementos.
Eles também analisaram evidências recentes de aglomerados de átomos de ferro na poeira estelar e meteoritos. No espaço interestelar, onde é extremamente frio, esses átomos de ferro agem como "núcleos de condensação" para o carbono. Comprimentos variados de cadeias de carbono se apegariam a eles, e esse processo produziria moléculas diferentes daquelas produzidas com ferro gasoso.
Não conseguimos ver o ferro nessas moléculas, porque elas se disfarçam como moléculas de carbono sem ferro.
Em um comunicado à imprensa, Tarakeshwar disse: "Calculamos como seriam os espectros dessas moléculas e descobrimos que elas têm assinaturas espectroscópicas quase idênticas às moléculas da cadeia de carbono sem ferro". Ele acrescentou que, por causa disso, "observações astrofísicas anteriores poderiam ter esquecido essas moléculas de carbono mais ferro".
Buckyballs e Mothballs
Eles não apenas encontraram o ferro “desaparecido”, como também resolveram outro mistério de vida longa: a abundância de moléculas instáveis de cadeia de carbono no espaço.
As cadeias de carbono que possuem mais de nove átomos de carbono são instáveis. Mas quando os cientistas olham para o espaço, encontram cadeias de carbono com mais de nove átomos de carbono. Sempre foi um mistério como a natureza foi capaz de formar essas cadeias instáveis.
Como se vê, é o ferro que dá estabilidade a essas cadeias de carbono. "As cadeias de carbono mais longas são estabilizadas pela adição de aglomerados de ferro", disse Buseck.
Não só isso, mas essa descoberta abre um novo caminho para a construção de moléculas mais complexas no espaço, como os hidrocarbonetos poliaromáticos, dos quais o naftaleno é um exemplo familiar, sendo o principal ingrediente das bolas de naftalina.
Timmes disse: "Nosso trabalho fornece novas idéias para preencher a lacuna existente entre moléculas que contêm nove ou menos átomos de carbono e moléculas complexas, como o C60 buckminsterfullerene, mais conhecido como 'buckyballs'".
Fontes:
- Comunicado à imprensa: o ferro interestelar não está faltando, está apenas escondido à vista
- Trabalho de Pesquisa: Estrutura, Propriedades Magnéticas e Espectros Infravermelhos de Pseudocarbinos de Ferro no Meio Interestelar
