De onde veio o carbono? Novo estudo sugere que nossos átomos já estiveram fora da Via Láctea

Quando o Universo se formou, os únicos elementos disponíveis eram hidrogênio e hélio, além de pequenas quantidades de lítio, que mais tarde formaram as primeiras estrelas. Os elementos mais pesados que observamos hoje como oxigênio, carbono e ferro foram formados graças ao processo de fusão nuclear que ocorre nas estrelas. Quando as estrelas chegam ao final de suas vidas, elas espalham material através de ventos e explosões.

Entre esses elementos mais pesados que são formados no núcleo de estrelas, o que mais chama atenção é o carbono. O carbono se tornou um elemento com relação direta com a existência da vida aqui na Terra. Um dos motivos é o carbono ser uma molécula capaz de participar de ligações que poucos elementos conseguem. Por causa disso, o carbono se tornou um símbolo até da busca pela vida fora da Terra.

Com isso, entender de onde o carbono vem é de interesse para pesquisadores. Recentemente, um grupo de pesquisadores publicou um artigo que propõe que o carbono tem um ciclo intergaláctico. A proposta é que o carbono é expelido da galáxia através de supernovas ou ventos e depois retorna. Esse ciclo seria importante para entender o processo de formação de estrelas e o reservatório de gás da galáxia.

Estrelas formando elementos

As estrelas são formadas quando parte de uma nuvem se colapsa ao ponto que a temperatura e pressão fiquem altas o suficiente para iniciar o processo de fusão nuclear. No interior das estrelas, a fusão nuclear transforma átomos de hidrogênio em hélio e libera energia que mantém a estrela em equilíbrio hidrostático. Durante boa parte da vida de uma estrela, ela fica nesse estágio que é chamado de sequência principal.

Um dos elementos que se formam durante a vida da estrela é o carbono que é formado quando os átomos de hélio se fundem em um processo chamado triplo-alfa. Esse processo acontece quando as estrelas atingem a fase de gigante vermelha que é um estágio final da vida delas. Quando a estrela massiva entra em supernova, o carbono é espalhado pelo espaço interestelar.

Onde encontramos carbono?

Por causa da estrutura do elemento e a capacidade de formar quatro ligações químicas estáveis faz com que o carbono seja encontrado em diferentes moléculas. Ele pode ser encontrado em moléculas orgânicas como proteínas e carboidratos que formam a base da vida na Terra. Além disso, o carbono também é importante na atmosfera e no processo de fotossíntese.

Entender como o carbono chegou até a nuvem que formou o Sistema Solar é importante para compreender a presença de carbono em outros planetas. Mesmo o carbono sendo originado de estrelas, há evidências que um ciclo intergaláctico é responsável pela presença de carbono nas nuvens. Com esse ciclo, o carbono sairia da Via Láctea e retornaria para o disco da galáxia se juntando em nuvens que formam novas estrelas e planetas.

Observações

Um artigo publicado na The Astrophysical Journal Letters trouxe observações do telescópio Hubble. O Hubble contém um espectrógrafo que é usado para estudar radiação ultravioleta de objetos mais distantes, como quasares. No artigo, o grupo utiliza dados do espectrógrafo para estudar a luz de quasares e como o meio circungaláctico de galáxias interfere na trajetória da luz.

Eles perceberam a luz emitida pelos quasares era parcialmente absorvida quando passa pelo meio circumgaláctico de galáxias com formação estelar. Ao analisar os dados, eles encontraram que um dos elementos responsáveis pela absorção era o carbono e que esava em grande quantidade. Além disso, o carbono parecia se estender a distâncias muito maiores do que o esperado e indo para o meio intergaláctico.

Ciclo de carbono da galáxia

O grupo de pesquisadores contou com astrônomos americanos e canadenses que usaram os dados do Hubble para confirmar a presença de carbono no meio galáctico. Outros elementos também foram encontrados e parecem estar em uma corrente que se estende até distâncias que alcançam o espaço intergaláctico. Através dessas correntes, os elementos circulam pela galáxia onde forma formados.

O material dentro da galáxia é expelido para fora através de supernovas e ventos onde encontram essas correntes. Nessas correntes, através da atração gravitacional, os elementos voltam até a galáxia de origem e ficam depositado nos discos. Dentro do disco, o material se encontra em nuvens que podem formar novas estrelas e dar início a formação estelar em várias regiões.

Quanto as estrelas morrem

Dessa forma, as correntes e o meio circungaláctico são reservatórios de elementos que circunda as galáxias. O material é responsável por manter a formação estelar em galáxia e parece ser observado em galáxias que ainda estão ativas. Isso leva a outra questão que é compreender o que acontece quando as galáxias param de formar estrelas.

Uma das ideias é que esse ciclo com correntes passa a diminuir e desacelerar, dessa forma menos estrelas acabam se formando. Outro fator importante para o declínio da formação estelar em uma galáxia é a presença do buraco negro supermassivo que também aproveita quando material cai em sua direção.

Referência da notícia

Garza et al. 2024 The CIViL* Survey: The Discovery of a C iv Dichotomy in the Circumgalactic Medium of L* Galaxies The Astrophysical Journal Letters