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O Sol sempre foi o centro dos nossos sistemas cosmológicos. Com o advento da astronomia moderna, os seres humanos tornaram-se conscientes do fato de que nossa estrela é apenas uma entre outras bilhões de bilhões existentes no Universo. Na verdade, nosso Sol é um exemplo perfeitamente normal de uma estrela de sequência principal tipo-G (mais conhecida como anã amarela). E como todas as estrelas, possui um certo tempo de vida, caracterizada por uma formação, uma sequência principal e uma eventual morte.



No caso do Sol, tudo começou há cerca de 4,6 bilhões de anos atrás, e deve continuar por mais 4,5 – 5,5 bilhões de anos, quando suas reservas de hidrogênio e hélio esgotarem, causando o colapso da estrela numa anã branca. Resumindo, isto é o que acontecerá com nosso Sol ao final de sua vida útil. Vamos nos aprofundar mais no assunto a fim de descobrir em detalhes o Ciclo de Vida (e Morte) do Sol.



O Nascimento do Sol



De acordo com a Teoria Nebular, o Sol e todos os planetas do nosso Sistema Solar foram formados a partir de uma gigantesca nuvem de gás molecular e poeira, onde tudo começou. Tão logo, 4,57 bilhões de anos atrás, algo aconteceu com a nuvem, uma instabilidade que a fez entrar em colapso, tal como a passagem de uma estrela, uma onda de choque de uma supernova ou o colapso gravitacional da própria nuvem.





Impressão artística de uma estrela rodeada por uma nuvem molecular, pronta para o início do desenvolvimento de um disco protoplanetário. Crédito: NASA/JPL-Caltech


A partir desse colapso, bolsões de gás e poeira começaram a se recolher em regiões mais densas. Cada vez mais densa e atraindo mais matéria, os bolsões, pelo princípio da conservação, começaram a girar sobre si mesmos, aumentando a pressão e se aquecendo. A maior parte do material terminou contido numa única esfera, no centro da região de formação, enquanto o resto da matéria foi achatada num disco e passou a circular em torno dele.



A esfera no centro deu origem ao Sol, enquanto o disco restante de matéria formou os planetas. O Sol levou 100.000 anos para inflamar a fusão do seu núcleo, com temperatura e pressão suficientes para manter o ciclo, deixando de ser, assim, uma protoestrela em formação.



Nossa estrela foi originalmente classificada como uma ‘T Tauri’ – uma estrela descontroladamente ativa e com um vento solar intenso, implacável, típico de estrelas recém-nascidas. Alguns milhões de anos mais tarde, estabeleceu-se em sua forma atual. O ciclo de vida do Sol tinha começado.



A Sequência Principal



Como a maioria das estrelas no Universo, o Sol está numa fase de sua vida denominada “Sequência Principal”, durante o qual ocorrem intensas reações de fusão nuclear em seu núcleo entre átomos de hidrogênio, que são convertidos em átomos de hélio. A cada segundo, 600 milhões de toneladas de matéria são transformadas em neutrinos, radiação solar e 4 x 10^27 Watts de energia. Para o Sol, esse processo começou 4,57 bilhões de anos atrás, e assim tem gerado energia desta forma, desde então.



Contudo, este processo não vai durar para sempre, uma vez que existem quantidades finitas de hidrogênio em seu núcleo. Segundo cálculos prévios, o Sol já converteu um número estimado de 100 vezes a massa da Terra em hélio e energia solar. Como mais e mais hidrogênio é convertido em hélio, o núcleo continua a encolher, permitindo que as camadas externas do Sol se aproximem do centro, experimentando uma força gravitacional mais forte.






O Sol capturado pela sonda Solar Dynamics Observatory, da NASA.



Colateralmente, mais pressão é exercida sobre o núcleo. Basicamente, isto significa que como o Sol continua a expandir o hidrogênio no seu núcleo, o processo de fusão se acelera e a ejeção de matéria aumenta. No momento, isso está levando a um aumento de 1% na luminosidade da estrela a cada 100 milhões de anos, e um aumento de tamanho esperado de 30% ao longo dos próximos 4,5 bilhões de anos.



Nos próximos 1,1 bilhão de anos, o Sol será 10% mais brilhante do que é hoje, e este aumento na luminosidade também significará um aumento na energia de calor, que a atmosfera da Terra vai ter absorver. Isso irá provocar um efeito estufa úmido no planeta, semelhante ao aquecimento descontrolado que transformou Vênus no ambiente infernal vemos hoje.



Daqui 3,5 bilhões de anos, o Sol será 40% mais brilhante do que é agora. Este aumento fará com que os oceanos fervam, as capas de gelo derretam permanentemente e todo o vapor de água presente na atmosfera se perca para o espaço. Sob estas condições, a vida como a conhecemos não será capaz de sobreviver em qualquer lugar da superfície. Em suma, a Terra tornar-se-á um novo planeta Vênus – Quente, seco e tóxico.



Exaustão do Núcleo de Hidrogênio



Assim, tudo o que conhecemos na Terra vai acabar (ou torrar, se preferir).



Na verdade, não só por aqui, mas alterações ocorrerão em todo o Sistema Solar. Não vai acontecer tão cedo, mas um dia no futuro distante, o Sol vai ficar sem combustível de hidrogênio e, lentamente, virá de encontro com à morte. Este processo terá início em aproximados 5,4 bilhões de anos, altura em que o Sol vai sair da Sequência Principal, estágio de meia-idade de sua vida útil.



Com o hidrogênio esgotado no núcleo, as partículas de hélio inertes que foram convertidas durante todo esse tempo se tornarão instáveis e entrarão em colapso sob seu próprio peso. Isso fará com que o núcleo se aqueça e obtenha mais densa, fazendo com que o Sol cresça (muito) em tamanho e entrar numa fase de sua evolução: a de gigante vermelha. Calcula-se que a expansão do Sol cresça o suficiente para abranger as órbitas de Mercúrio, Vênus, e talvez até mesmo a Terra. Mesmo que a Terra sobreviva (não sendo engolida), o calor intenso da gigante vermelha incinere por completo nosso planeta e torne-o completamente estéril e sem vida.



Fase Final e Morte



Uma vez que atinge a fase de Gigante Vermelha, a estrela terá aproximadamente mais 120 milhões de anos de vida ativa restantes. Mas muito ainda deve ocorrer neste período de tempo. Em primeiro lugar, o núcleo (agora composto de hélio), vai explodir violentamente em um flash numa determinada oscilação - onde aproximadamente 6% do núcleo e 40% da massa do Sol será imediatamente convertida em carbono.



O Sol vai encolher para cerca de 10 vezes o seu tamanho atual e 50 vezes a sua luminosidade, com uma temperatura um pouco mais baixa do que têm hoje. Para os próximos 100 milhões de anos, ele vai continuar a queimar hélio no seu núcleo até que este se esgote. À esta altura, ele estará em sua fase Ramo Gigante Assimptótico (AGB), onde irá se expandir novamente (muito mais rápido desta vez) e se tornar mais luminosa.



Ao longo dos próximos 20 milhões de anos, o Sol, então, tornar-se-á ainda mais instável e começará a perder massa através de uma série de pulsos termais. Estes irão ocorrer a cada 100.000 anos ou mais, se tornando maiores a cada vez e aumentando a luminosidade do Sol à 5.000 vezes o seu brilho atual e seu raio em mais de 1 UA.



Neste ponto, sua expansão poderá abranger a região onde hoje está a Terra (engolindo Mercúrio e Vênus no caminho), deixando-a totalmente inóspita para a vida. Planetas no sistema solar exterior estarão susceptíveis à mudarem dramaticamente, à medida que absorverão mais energia vinda do Sol, fazendo com que o seu gelo de água sublime - talvez formando densas atmosferas e oceanos rasos, tais como nas luas Europa, Ganímedes, Titã e Encélado. Depois de 500.000 anos ou mais, apenas metade da massa atual do Sol permanecerá e sua região exterior vai começar a formar uma nebulosa planetária.



A evolução pós-AGB será ainda mais rápida, com a massa ejetada se ionizando para formar uma nebulosa planetária e o núcleo exposto da estrela atingindo 30.000 K. A temperatura final do núcleo poderá chegar à mais de 100.000 K, até começar a se resfriar com a transição da gigante vermelha para uma anã branca. A nebulosa planetária se dispersaria em cerca de 10.000 anos, mas a anã branca sobreviveria por mais trilhões de anos antes de desaparecer.



Destino Final do Nosso Sol



Quando as pessoas pensam de estrelas moribundas, o que normalmente vem à mente são supernovas maciças e a criação de buracos negros. No entanto, este não será o caso do nosso Sol, devido ao simples fato de que ele não é quase grande o suficiente para que nenhuma dessas fases ocorra. Embora possa parecer enorme para nós, o Sol é uma estrela relativamente pequena e de baixa massa em comparação com outras estrelas de grande massa lá fora no Cosmos.



Como tal, quando o Sol ficar sem combustível de hidrogênio, vai expandir-se para se tornar uma gigante vermelha, perderá suas camadas externas, e, em seguida, estabelecer-se-á como uma estrela anã branca compacta, lentamente arrefecendo-se com o passar de trilhões de anos. Se, no entanto, nossa estrela fosse 10 vezes mais massiva do que é atualmente, a fase final da sua vida útil seria significativamente mais explosiva.



Assim como uma estrela de baixa massa, ele ficaria sem combustível de hidrogênio em seu núcleo, que iria passar a converter átomos de hélio em átomos de carbono. Este processo continuaria, com o Sol consumindo combustíveis mais e mais pesados em camadas concêntricas. Cada camada levaria menos tempo pra se consumir do que o última, até chegar ao níquel - o que poderia levar apenas um dia para queimar completamente.



Então, ferro começa a acumular-se no núcleo da estrela. Como o ferro não emite qualquer energia quando sofre uma fusão nuclear, a estrela não teria mais pressão além-núcleo para evitar que ele entre em colapso sobre si mesmo. Quando cerca de 1,38 vezes a massa do Sol é composta de ferro recolhido no núcleo, uma catastrófica implosão ocorre, liberando uma enorme quantidade de energia.



Essa explosão varreria absolutamente tudo que existe no Sistema Solar, com tamanha energia liberada que ofuscaria brevemente o brilho de uma galáxia inteira, dando origem à uma nova nebulosa (como a Nebulosa do Caranguejo). Ela seria visível a partir de sistemas de estrelas próximas, expandindo-se para além dos seus antigos domínios por milhares de anos.



Tudo o que permaneceria do Sol seria uma estrela de nêutrons que gira rapidamente, ou mesmo um buraco negro estelar. Mas, claro, não será o destino do Sol. Dada a sua massa, ele acabará por entrar em colapso em uma estrela anã-branca. E, claro, isso não vai acontecer pelos próximos 6 bilhões de anos ou mais. Por esse ponto, a humanidade ou estará extinta ou terá se mudado, sistemas estelares afora. Mas, enquanto isso, nós temos plena abundância de belos dias de sol para contemplar à frente!



Artigo escrito por Gabriel Pietro, parceria do Mistérios do Universo com o portal Acervo Ciência.

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Autor Gabriel Pietro

Graduado em Física pela UEPB. Mestrando em Cosmologia, gravitação e física das partículas pela UFCG. Possui experiência na área de divulgação científica com ênfase em astronomia, astrofísica, astrobiologia, cosmologia, biologia evolutiva e história da ciência. Possui experiência na área de docência informática, física, química e matemática, com ênfase em desenvolvimento de websites e design gráfico e experiência na área de artes, com ênfase em pinturas e desenhos realistas. Fundador do Projeto Mistérios do Universo, colaborador, editor, tradutor e colaborador da Sociedade Científica e do Universo Racionalista. Membro da Associação Paraibana de Astronomia. Pai, nerd, geek, colecionador, aficionado pela arte, pela astronomia e pelo Universo. Curriculum Lattes: http://lattes.cnpq.br/8938378819014229
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