De Carl Sagan
Uma viagem pessoal
A VIDA DAS ESTRELAS
Se você quiser fazer uma torta de maçã a partir do zero,
precisará antes
inventar o Universo.
Muito obrigado!
Vamos supor que eu corte uma fatia desta torta de maçã.
Quebradiça, mas gostosa.
Agora, vou dividir a fatia na metade, mais ou menos,
e então dividir este pedaço na metade,
e assim por diante.
Quantas vezes terei de dividir para chegar a um átomo isolado?
A resposta é cerca de 90 vezes.
Claro, esta espátula não é afiada o bastante,
a torta está quebradiça demais, além disso,
o átomo é pequeno demais para ser visto.
Mas existe uma maneira de fazê-lo.
Foi aqui, na Universidade de Cambridge, na Inglaterra,
que a natureza do átomo foi entendida pela primeira vez.
Em parte, atirando os átomos uns contra os outros
e observando como eles ricocheteavam.
Um átomo típico
é cercado por uma espécie de nuvem de elétrons.
Os elétrons têm carga elétrica, como o próprio nome sugere,
e determinam as propriedades químicas do átomo.
Por exemplo, o brilho do ouro
ou a transparência de um sólido
constituído de átomos de silício e oxigênio.
Mas lá dentro do átomo,
oculto pela nuvem exterior de elétrons,
fica o núcleo, formado sobretudo por prótons e nêutrons.
Os átomos são bem pequenos. 100 milhões deles, enfileirados,
ocupariam este espaço aqui
e o núcleo é cerca de 100 mil vezes menor.
No entanto, quase toda a massa do átomo fica no núcleo.
Os elétrons, em comparação, são só fiapinhos em movimento.
Os átomos são principalmente espaço vazio.
A matéria consiste, basicamente, em nada.
Quando pensamos em cortar esta torta
até dividirmos o próprio átomo,
deparamo-nos com o infinitamente pequeno.
Quando olhamos para o céu à noite,
deparamo-nos com o infinitamente grande.
Esses infinitos estão entre as idéias humanas mais espantosas.
Representam uma regressão sem fim
que se estende não apenas para muito longe,
mas para sempre:
Você já ficou entre 2 espelhos paralelos numa barbearia, por exemplo,
e viu sua imagem repetida muitas vezes?
Podemos usar 2 espelhos planos
e uma vela.
Você verá inúmeras imagens,
cada qual o reflexo de outra imagem.
Não conseguimos ver infinitas imagens
porque os espelhos não são perfeitamente planos nem alinhados.
Há sempre uma vela ou, pelo menos, a chama de uma vela no caminho,
e a velocidade da luz não é infinita.
Ao falarmos do verdadeiro infinito,
falamos de uma quantidade maior do que qualquer número.
Não importa o número que você tenha em mente, o infinito é maior que ele.
Existe um jeito prático de escrever números grandes.
Podemos escrever mil
como 10 elevado à 3ª potência,
o que significa "1" seguido de 3 zeros.
1 milhão é representado por 10 elevado à 6ª potência,
ou seja, "1" seguido de 6 zeros.
Não existe "o maior número",
você sempre pode somar 1 a qualquer candidato que apareça.
Mas certamente há números bem grandes.
O matemático americano Edward Kasner pediu a seu sobrinho
que inventasse um nome para um número extremamente grande,
10 elevado à 100ª potência,
cujos zeros são tantos que não caberiam nesta folha.
O menino batizou-o de
"googol".
Se você acha que um googol é muito,
pense num "googolplex".
Isto é 10 elevado a 1 googol.
Ou seja, "1" seguido não de 100 zeros,
mas de um googol de zeros.
Para efeito de comparação
com estes números gigantescos,
o número total de átomos naquela torta de maçã
é apenas cerca de 10 elevado à 26ª,
pouco, se comparado ao googol e, claro,
quase nada se comparado a um googolplex.
O número total de partículas elementares,
- prótons, nêutrons e elétrons -
do Universo acessível
é algo em torno de 10 elevado a 80ª,
ou seja, 1 seguido de 80 zeros,
muito menos que um googol
e muito menor que um googolplex.
Ainda assim, estes números, o googol e o googolplex,
não se aproximam, nem sequer chegam perto do infinito.
De fato, um googolplex está exatamente tão longe do infinito
quanto o número 1.
Nós começamos a escrever um googolplex, mas não foi fácil.
É um número gigantesco.
Escrever um googolplex é um espetacular exercício de futilidade.
Um pedaço de papel grande o bastante para conter todos os seus zeros
não caberia nem dobrado no Universo conhecido.
Felizmente,
há uma maneira bem mais simples e concisa
de escrever um googolplex.
Assim.
E o infinito
pode ser representado assim.
Este é o Laboratório Cavendish da Universidade de Cambridge,
onde os componentes do átomo foram descobertos pela primeira vez.
O reino do muito pequeno.
Desde a época de Demócrito, no século 5 a.C.
Já se especulava sobre a existência dos átomos.
Nos últimos séculos, foram reunidos argumentos persuasivos,
mas indiretos, de que toda a matéria é feita de átomos.
Somente nos dias de hoje, somos capazes de vê-los.
Estes borrões vermelhos aqui são a movimentação intensa e aleatória
dos átomos de urânio, ampliados 100 milhões de vezes.
Demócrito de Abdera adoraria ver isso.
Damos pouco valor aos átomos
e, no entanto, há tantos tipos de átomos!
Adoráveis e úteis ao mesmo tempo.
Vejam!
Há cerca de 92 tipos de átomos quimicamente diferentes
encontrados na Terra.
Eles são chamados elementos químicos.
Praticamente, tudo o que vemos e conhecemos,
toda a beleza do mundo natural,
é feita desses poucos tipos de átomos,
arranjados em configurações químicas harmoniosas.
Representamos aqui todos os 92 elementos.
À temperatura ambiente, muitos deles são sólidos,
alguns são gasosos
e dois deles,
o bromo e o mercúrio, são líquidos.
Estão organizados por ordem de complexidade.
O hidrogênio é o elemento mais simples, é o elemento n° 1.
O urânio, o mais complexo, é o n° 92.
Alguns desses elementos são muito familiares,
por exemplo: Silício, oxigênio, magnésio,
alumínio, ferro, que são os elementos que constituem a Terra;
ou hidrogênio, carbono, nitrogênio, oxigênio,
fósforo, enxofre, que são elementos essenciais para a vida.
Outros são espetacularmente incomuns,
por exemplo, háfnio,
érbio,
disprósio,
praseodímio....
elementos que raramente dão um ar de sua graça.
De modo geral, quanto mais familiar um elemento,
mais abundante ele é. Há muito ferro na Terra,
mas muito pouco ítrio.
O fato de os átomos serem compostos
por apenas 3 tipos de partículas elementares,
prótons, nêutrons e elétrons,
é uma descoberta relativamente recente.
O nêutron só foi descoberto em 1932 e, tal como o elétron
e o próton, foi descoberto aqui, na Universidade de Cambridge.
A física e a química modernas reduziram a complexidade do mundo sensível
a uma simplicidade assustadora:
3 unidades dispostas em configurações diferentes
formam, basicamente,
tudo o que existe.
Um nêutron tem carga elétrica neutra, como seu nome sugere.
Um próton tem carga elétrica positiva
e um elétron, carga elétrica negativa.
Uma vez que todo átomo é eletricamente neutro,
o número de prótons no núcleo
tem de ser igual ao de elétrons distantes, na nuvem de elétrons.
Os prótons e os nêutrons constituem o núcleo atômico.
A química de um átomo....
a natureza de um elemento químico depende apenas do número de elétrons,
que deverá ser idêntico ao número de prótons, chamado de número atômico.
A química não passa de números,
uma idéia que teria atraído muito Pitágoras.
Se você é um átomo e tem apenas um próton,
você é um hidrogênio;
2 prótons, hélio; 3, lítio;
4, berílio; 5, boro; 6, carbono; 7, nitrogênio;
8, oxigênio, e assim por diante.
Até chegar aos 92 prótons, quando seu nome é urânio.
Prótons têm carga elétrica positiva, mas,
já que suas cargas se repelem mutuamente,
como o núcleo se mantém unido?
Por que a repulsão elétrica dos prótons não despedaça o núcleo?
Porque há outra força na natureza, que não a elétrica ou a gravitacional:
A força nuclear.
Podemos imaginá-la como pequenos ganchos
que começam a trabalhar
quando os prótons e os nêutrons ficam muito próximos uns dos outros.
A força nuclear pode superar a repulsão elétrica dos prótons.
Uma vez que os nêutrons exercem força nuclear, mas não a elétrica,
eles são uma espécie de cola que mantêm o núcleo atômico unido.
2 prótons e 2 nêutrons juntos
formam o núcleo de um átomo de hélio,
que é muito estável.
3 núcleos de hélio, ligados pela força nuclear,
formam um carbono.
4 núcleos de hélio formam oxigênio.
Não há diferença entre 4 núcleos de hélio ligados pela força nuclear
e 1 núcleo de oxigênio. São a mesma coisa.
5 núcleos de hélio formam néon;
6, magnésio;
7, silício;
8, enxofre, e assim por diante,
aumentando o número atômico em 2
e sempre obtendo algum elemento familiar.
Toda vez que se adicionam ou se subtraem um próton e nêutrons suficientes
para manter o núcleo unido, obtemos um novo elemento químico.
Veja o mercúrio.
Se subtrairmos um próton e 3 nêutrons,
nós o convertemos em ouro,
o sonho dos antigos alquimistas.
Além do elemento 92,
além do urânio,
há outros elementos.
Eles não existem de forma natural na Terra;
eles são sintetizados por seres humanos e são muito instáveis.
Um deles, o elemento 94, é chamado de plutônio
e é uma das substâncias mais tóxicas que existem.
De onde vêm os elementos químicos naturais?
Será que houve uma criação separada para cada um?
Mas se são todos feitos das mesmas partículas elementares,
o Universo todo, em toda parte, é 99,9% hidrogênio e hélio,
os 2 elementos mais simples.
Na verdade, o hélio foi detectado primeiro no Sol
e só depois encontrado na Terra.
Será que outros elementos químicos
evoluíram do hidrogênio e do hélio?
Para evitar a repulsão elétrica,
os prótons e os nêutrons precisam se aproximar muito
para que os "ganchos" das forças nucleares entrem em ação.
Isso só ocorre a temperaturas altíssimas,
quando as partículas se movem tão rápido
que a repulsão elétrica não tem tempo de agir.
Temperaturas de dezenas de milhões de graus.
Tais temperaturas são comuns na natureza.
Onde?
No interior das estrelas.
Átomos são criados no interior das estrelas.
Na maior parte delas,
núcleos de hidrogênio são comprimidos
para formar núcleos de hélio.
Para cada núcleo de hélio criado, um fóton de luz é gerado.
É por isso que as estrelas brilham.
As estrelas nascem em grandes nuvens de gás e poeira cósmica,
como a nebulosa de Órion, a 1.500 anos-luz da Terra.
Partes delas acabam esmagadas pela gravidade.
Colisões entre átomos aquecem a nuvem até que,
em seu interior, o hidrogênio comece a se fundir e virar hélio,
e as estrelas comecem a brilhar.
As estrelas nascem em ninhadas.
Mais tarde, saem do berçário e seguem seu destino na Via Láctea.
As adolescentes, como as Plêiades, ainda estão cercadas por gás e poeira.
Às vezes, acabam indo para longe de casa.
Em algum lugar,
há estrelas formadas da mesma nuvem que originou o Sol,
há 5 bilhões de anos,
mas não sabemos quais são elas.
As irmãs do Sol, até onde sabemos, podem muito bem
estar do outro lado da galáxia.
Talvez elas aqueçam planetas próximos, assim como o Sol.
Talvez também tenham dirigido
a evolução da vida e da inteligência.
O Sol é a estrela mais próxima,
uma esfera cintilante de gás
brilhando por causa de seu calor,
como um ferro em brasa.
A superfície que vemos de dia
está a 6 mil graus centígrados,
mas, em seu interior,
na fornalha nuclear que gera sua luz,
a temperatura é de 20 milhões de graus.
Os raios X revelam uma parte do Sol normalmente invisível,
seu halo gasoso de 1 milhão de graus:
A coroa solar.
À luz visível comum, estas áreas mais frias e escuras são manchas solares.
Elas estão relacionadas a grandes erupções de gás incandescente,
línguas de fogo que engoliriam a Terra, se ela estivesse mais próxima.
Estas protuberâncias são guiadas em trajetórias determinadas
pelo campo magnético do Sol.
As áreas escuras do Sol vistas em raios X são buracos na coroa solar
pelos quais fluem os prótons e elétrons do vento solar
que passa pelos planetas rumo ao espaço interestelar.
Toda essa energia é gerada no interior do Sol,
que converte 400 milhões de toneladas de hidrogênio por segundo em hélio.
O Sol é um gigantesco reator de fusão,
no qual caberiam 1 milhão de planetas Terra.
Felizmente, para nós, está à distância segura
de 150 milhões de km.
O destino das estrelas é o colapso gravitacional.
Os milhares de estrelas que são vistos à noite
vivem num intervalo entre 2 colapsos:
O colapso inicial, escuro, da nuvem interestelar que a formou,
e o colapso final da estrela luminosa prestes a desaparecer.
A gravidade faz com que as estrelas se contraiam,
a menos que alguma força se interponha.
O Sol é uma imensa bola de hidrogênio incandescente.
O gás quente em seu interior tenta fazer o Sol se expandir.
A gravidade tenta fazê-lo se contrair.
E seu estado atual é o equilíbrio destas duas forças,
a gravidade e a força nuclear.
Nesta longa meia-idade entre colapsos,
as estrelas brilham uniformemente.
Mas quando o combustível nuclear acaba,
o interior delas esfria,
a pressão não consegue mais fazer frente à gravidade
e o colapso inicial recomeça.
As estrelas morrem de 3 maneiras.
O destino delas é predeterminado. Tudo depende de suas massas iniciais.
Uma estrela típica cuja massa é semelhante à do Sol, um dia,
entrará em colapso até sua densidade tornar-se muito alta
a ponto de a contração ser impedida
pela repulsão mútua dos elétrons pressionados em seu interior.
Quando a estrela tem o dobro da massa do Sol,
o colapso não é interrompido pela pressão dos elétrons,
e ela continua se contraindo
até as forças nucleares atuarem e sustentarem o peso da estrela.
Mas o colapso de uma estrela com o triplo da massa do Sol
não é detido nem mesmo pelas forças nucleares.
Nenhuma força conhecida pode suportar sua enorme compressão.
Estrelas assim têm um destino estarrecedor.
Elas continuam em colapso até desaparecerem completamente.
Portanto, toda estrela é caracterizada
pela força que a sustenta contra a gravidade.
Uma estrela sustentada pela pressão do gás
é uma estrela comum, corriqueira, como o Sol.
Quando os elétrons detêm o colapso, ela é chamada de anã branca,
um sol que encolheu até ficar do tamanho da Terra.
Quando o colapso estelar é sustentado pelas forças nucleares,
ela é uma estrela de nêutrons,
um sol tão maciço que ficou do tamanho de uma cidade.
E uma estrela tão grande que some por completo no colapso final
é chamada de buraco negro. É um sol sem tamanho nenhum.
Mas a caminho de seus diferentes destinos,
todas as estrelas têm uma premonição de morte.
Antes do derradeiro colapso gravitacional,
a estrela estremece e incha por algum tempo,
tornando-se uma grotesca paródia de si mesma.
Com seu último suspiro,
ela se torna uma gigante vermelha.
Daqui a uns 5 bilhões de anos,
haverá um último dia perfeito sobre a Terra.
Depois, o Sol lentamente mudará
e a Terra morrerá.
O hidrogênio que alimenta o Sol é limitado.
Quando quase todo o hidrogênio virar hélio,
o interior do Sol retomará seu colapso original.
As altas temperaturas em seu núcleo farão o Sol se expandir
e a Terra ficará aos poucos mais quente.
No final, toda a vida será extinta,
os oceanos ferverão e se evaporarão
e nossa atmosfera escapará para o espaço.
O Sol vai se tornar uma estrela gigante vermelha inchada,
preenchendo o céu, envolvendo e devorando Mercúrio e Vênus
e, provavelmente, a Terra também.
O sistema solar interior ficará dentro do Sol.
Mas, talvez, até lá, nossos descendentes
já tenham partido para outro lugar.
Em seus últimos estertores, o Sol pulsará lentamente.
Seu núcleo, então, estará tão quente
que, por algum tempo, transformará hélio em carbono.
A cinza da fusão nuclear de hoje será o combustível que alimentará o Sol
perto do fim de sua vida, em sua fase de gigante vermelha.
Então, o Sol perderá imensas camadas de sua atmosfera para o espaço,
enchendo o sistema solar de um gás estranhamente luminoso,
o espírito de uma estrela a vagar.
O Sol pode perder metade de sua massa dessa forma.
Visto de longe,
nosso sistema se parecerá com a nebulosa anular em Lira,
com a atmosfera do Sol expandindo-se como uma bolha de sabão.
E no centro dela haverá uma anã branca,
o tórrido núcleo exposto do Sol, já sem combustível nuclear,
esfriando lentamente para tornar-se uma estrela fria e morta.
Assim é a vida de uma estrela comum:
Nasce de uma nuvem de gás,
vira um sol amarelo na maturidade,
gigante vermelha na velhice
e anã branca ao morrer envolta numa mortalha de gás.
Suponha que, ao viajarmos em nossa nave imaginária,
pudéssemos coletar amostras do frio e rarefeito gás interestelar.
Descobriríamos que nele predomina o hidrogênio,
um elemento tão velho quanto o Universo.
Também encontraríamos carbono, oxigênio, silício:
Os átomos mais abundantes no cosmos, depois do hidrogênio,
são aqueles formados mais facilmente nas estrelas.
Mas também haveria elementos raros em pequenas quantidades:
Praseodímio, por exemplo, ou ouro.
Eles não se formam em gigantes vermelhas.
Tais elementos são formados num dos atos mais dramáticos
de que uma estrela é capaz.
Uma estrela, cuja massa seja uma vez e meia a do Sol,
não se transforma numa anã branca.
Ela termina sua vida estourando-se numa titânica explosão estelar
chamada supernova.
Não tem havido supernovas nas cercanias de nossa galáxia
desde que o telescópio foi inventado
e nosso Sol não se tornará uma supernova:
Mas, com nossa imaginação podemos realizar o sonho de muitos astrônomos
e ver de perto, com segurança, a explosão de uma supernova.
Boa parte da evolução estelar leva milhões ou bilhões de anos,
mas o colapso interior que desencadeia uma supernova
leva somente alguns segundos.
De repente, uma estrela fica mais luminosa do que toda a galáxia.
Que uma estrela nas proximidades se transforme numa supernova
já seria uma calamidade para os habitantes deste sistema alienígena,
mas o próprio Sol deles virar uma supernova
é uma catástrofe sem precedentes.
Mundos inteiros seriam carbonizados e vaporizados.
A vida, mesmo nos planetas exteriores, iria se extinguir.
Agora, nossa nave está se afastando da estrela,
mas os fragmentos da explosão,
indo quase à velocidade da luz, estão nos ultrapassando.
Núcleos atômicos isolados, acelerados pela explosão,
tornam-se raios cósmicos.
Essa é a outra maneira pela qual
as estrelas devolvem ao espaço os átomos que elas criaram.
A onda de choque aquece e comprime o gás interestelar
deflagrando uma nova geração de estrelas.
Neste sentido, as estrelas também são como a fênix,
ressurgindo das próprias cinzas.
O cosmos, originalmente, era feito apenas de hidrogênio e hélio.
Átomos mais pesados que surgiram em gigantes vermelhas e supernovas
foram lançados ao espaço
onde ficaram à disposição das futuras estrelas e planetas.
Nosso Sol é provavelmente uma estrela de terceira geração.
Com exceção do hidrogênio e do hélio,
todo átomo do Sol e da Terra se formou em outras estrelas.
O silício das rochas, o oxigênio do ar,
o carbono em nosso DNA,
o ouro em nossos bancos,
o urânio em nossos arsenais,
tudo isso foi feito a milhares de anos-luz
e há bilhões de anos.
Nosso planeta, nossa sociedade e nós mesmos,
tudo isso é feito de matéria estelar.
Estamos em um túnel de lava.
Uma caverna entalhada na terra
por um rio de rocha derretida.
Para fazermos uma pequena experiência,
trouxemos um contador Geiger
e um pedaço de minério de urânio.
O contador Geiger é sensível a partículas altamente energéticas,
prótons, núcleos de hélio, raios gama.
Quando o aproximamos do minério de urânio,
a contagem, ou seja, o número de estalos, aumenta bastante.
Temos também um recipiente de chumbo
e quando eu coloco o urânio dentro,
que absorve a radiação, e o cubro,
constato que a contagem cai bastante,
mas não chega a zero.
Qual é a fonte dos estalos agora?
Bem, alguns vêm da radioatividade nas paredes da caverna.
Mas há mais alguma coisa.
Alguns estalos que ouvimos agora
são causados pelas partículas altamente energéticas
que estão atravessando o teto da caverna.
Nós estamos ouvindo os raios cósmicos.
A cada segundo, eles atravessam meu corpo e o seu,
sem causar muito dano.
Eles têm bombardeado a Terra desde que a vida surgiu.
Mas causam algumas mutações e afetam a vida na Terra.
Os raios cósmicos, principalmente prótons,
estão atravessando os metros de rocha acima de mim.
Para isso, eles precisam de muita energia.
De fato, a velocidade deles é quase igual à da luz.
Pense nisso: Uma estrela explode
a milhares de anos-luz daqui,
e produz raios cósmicos que rodam pela Via Láctea
durante milhões de anos até que,
inteiramente por acaso, alguns deles atingem a Terra,
penetram nesta caverna,
chegam a este contador Geiger
e a nós.
A evolução da vida na Terra é devida, em parte,
às mutações causadas pela morte de estrelas distantes.
Nós estamos, de maneira muito profunda,
ligados ao cosmos.
Nossos ancestrais sabiam muito bem disso.
Os movimentos do Sol, da Lua e das estrelas podiam ser usados
pelos peritos nesses assuntos para prever as estações.
Por isso, os antigos astrônomos estudavam o céu com cuidado,
memorizando e registrando a posição das estrelas visíveis.
Para eles, a aparição de qualquer nova estrela era algo importante.
O que eles achariam da aparição de uma supernova
mais brilhante do que qualquer outra estrela?
Em 4 de julho de 1054,
astrônomos chineses registraram o que chamaram
de "uma estrela hóspede" na constelação de Touro.
Uma estrela nunca vista antes explodiu,
tornando-se tão luminosa quanto a lua cheia.
Do outro lado do mundo, aqui no sudoeste dos EUA,
existia então uma cultura refinada e rica em tradição de astronomia.
A nova estrela deve ter sido vista aqui também.
Datando o carbono 14 dos restos de uma fogueira de carvão,
descobrimos que pessoas já moravam exatamente neste lugar
no século 11.
Essas pessoas eram os anasazi, os ancestrais dos hopi de hoje
e um deles parece ter desenhado nesta laje,
ao abrigo das intempéries,
uma imagem da nova estrela.
Sua posição perto da Lua seria exatamente essa,
e a mão representa, talvez, a assinatura do artista.
Esta notável estrela chama-se hoje "Supernova de Caranguejo".
"Nova", da palavra latina para novo,
e "caranguejo" porque um astrônomo,
séculos depois, achou-a parecida com um caranguejo,
ao ver os restos de sua explosão ao telescópio.
O Caranguejo é uma estrela que explodiu.
Sua explosão durou 3 meses,
era facilmente visível mesmo durante o dia,
e dava para se ler à luz dela, à noite.
Imagine a noite em que essa
colossal explosão estelar iniciou.
Há mil anos, as pessoas olharam assombradas para a nova estrela
e perguntaram-se o que era aquilo.
Somos a primeira geração privilegiada pela resposta.
Com o telescópio, vimos o que existe hoje
no lugar do céu que chamou a atenção dos antigos astrônomos:
Uma grande nuvem luminosa,
os restos de uma estrela, espalhando-se violentamente
pelo espaço interestelar.
Somente as enormes gigantes vermelhas tornaram-se supernovas,
mas toda supernova já foi uma gigante vermelha.
Na história da galáxia, centenas de milhões de gigantes vermelhas
tornaram-se supernovas.
A parte da estrela não lançada ao espaço
cede à gravidade, girando cada vez mais rápido
como uma patinadora que fecha os braços num rodopio.
A estrela se torna um gigantesco núcleo atômico,
uma estrela de nêutrons.
A da nebulosa do Caranguejo dá 30 voltas por segundo.
Ela emite um raio de luz intermitente
e, para nós, parece piscar com espantosa regularidade.
Essas estrelas de nêutrons chamam-se "pulsares".
Uma colherada de matéria estelar neutrônica
pesa tanto quanto uma montanha.
Se eu tivesse um pedaço dela aqui e o soltasse,
eu não poderia impedi-lo de cair.
Ele vararia facilmente a Terra, como uma faca cortando manteiga.
Abriria um buraco, que atravessaria a Terra saindo do lado oposto,
talvez na China.
As pessoas lá estariam andando calmamente na rua
quando um pequeno objeto
sairia com estrondo do chão, caindo de novo em seguida.
O incidente poderia interromper agradavelmente a rotina diária.
O pedaço de matéria, atraído pela gravidade terrestre,
mergulharia de novo na Terra em rotação
e acabaria abrindo centenas de milhares de buracos
antes que o atrito com o interior do planeta detivesse o movimento.
Quando ele finalmente parasse no centro da Terra,
o interior do planeta lembraria um pouco um queijo suíço.
Na galáxia,
existem estrelas de nêutrons e gigantes vermelhas
unidas num abraço gravitacional mútuo.
Anéis ou a matéria da gigante vermelha espiralam,
formando um disco de aglomeração em volta da estrela de nêutrons.
Toda estrela vive num estado de tensão entre a força que a sustenta
e a gravidade, que quer esmagá-la.
Quando a gravidade vence, segue-se uma loucura estelar,
mais bizarra que qualquer coisa do país das maravilhas.
Alice e seus colegas sentiriam-se mais ou menos em casa
com a força gravitacional da Terra, chamada G.
G de gravidade terrestre.
O que aconteceria se diminuíssemos ou aumentássemos a gravidade?
Com pouca gravidade, as coisas ficam mais leves.
Próximo a zero G, os movimentos mais sutis
seriam capazes de atirar nossos amigos flutuando pelo espaço.
Pequenas gotas de chá estariam por toda parte.
Curioso.
Se voltarmos agora para 1 G, começa a chover chá,
e nossos amigos caem na Terra.
Já estive em algumas festas assim.
Em altas gravidades, 2 ou 3 G,
as coisas começam a ficar pesadas.
Todos se sentem pesados e vagarosos,
com exceção
do gato de Alice.
Gentilmente, vamos removê-los.
A milhares de G, as árvores ficam achatadas,
e a centenas de milhares de G, as rochas ficam esmagadas pelo próprio peso.
Em todas essas gravidades, um raio de luz não é afetado,
continuando em linha reta.
Mas a bilhões de G, mesmo um raio de luz sofre a ação da gravidade
e começa a se curvar:
Muito curioso.
Um lugar de gravidade tão alta que nem mesmo a luz escapa dela,
é um buraco negro.
É uma estrela em que até a luz é aprisionada.
Os buracos negros eram exercícios teóricos
sobre os quais se especulavam desde 1783,
mas, em nossa época, verificamos o invisível.
Esta estrela luminosa tem um parceiro invisível.
Segundo satélites de observação, ele emite raios X intensamente.
Seu nome é Cygnus X-1.
Tais raios X são como as pegadas
de um homem invisível,
andando na neve.
Imagina-se que eles sejam gerados pelo atrito
no disco de aglomeração que cerca o buraco negro.
A matéria do disco desaparece lentamente no buraco negro.
Buracos negros gerados pelo colapso de 1 bilhão de sóis
podem ocupar o centro de outras galáxias, produzindo, curiosamente,
grandes jatos de radiação que se derramam no espaço.
Ao atingir uma densidade crítica,
a estrela apaga-se e some de nosso Universo,
deixando sua gravidade para trás.
Ela cai pela fenda que ela mesma fez no espaço-tempo.
Um buraco negro é um lugar onde já houve uma estrela.
Este é um plano bidimensional com linhas de coordenadas
como se fosse uma folha para gráficos.
Vamos pegar uma pequena massa
e soltá-la neste plano
para observar como ele se distorce, ou seja,
afunda para dentro da terceira dimensão.
A gravidade pode ser entendida como uma curva do espaço.
Ao se aproximar de uma distorção estacionária,
nossa bola gira como um planeta em sua órbita.
Nessa interpretação, criada por Einstein,
a gravidade é apenas um "vale" na trama do espaço,
no qual os objetos em movimento se encontram.
A matéria deforma o espaço numa quarta dimensão física.
Quanto maior a massa, maior a gravidade
e mais intensa a distorção,
ou dobra, ou deformação espacial.
Portanto, nessa analogia,
o buraco negro é uma espécie de poço sem fundo.
O que aconteceria se caíssemos nele?
Bem, se sobrevivêssemos à gravidade e à intensa radiação,
é até possível que, mergulhando no buraco negro,
emergíssemos em outra parte do espaço-tempo,
em outro lugar no espaço e em outro momento no tempo.
Dessa perspectiva, o espaço está preenchido por uma rede,
ou buracos de minhoca, como aqueles na maçã,
embora isso não possa ser demonstrado
e seja apenas uma especulação instigante.
Se for verdade, talvez existam então túneis gravitacionais,
uma espécie de subterrâneo interestelar ou galáctico
que nos permitiria ir daqui até ali em muito menos tempo do que de costume,
um tipo de expresso cósmico.
Não podemos gerar buracos negros,
nossa tecnologia é incapaz de mover tais quantidades de matéria.
Mas talvez, um dia, possamos viajar milhares de anos-luz
até um buraco negro como o Cygnus X-1.
Mergulharíamos nele para emergir numa época e lugar indescritivelmente exóticos.
Nossa percepção comum da realidade mudaria completamente.
Talvez o cosmos esteja infestado de buracos de minhoca,
cada qual um túnel que leva a algum lugar.
Talvez, outras civilizações, com tecnologias muito mais avançadas,
estejam hoje viajando num expresso gravitacional.
É até mesmo possível que um buraco negro seja uma passagem
para um outro Universo, muito diferente deste.
A vida e a morte das estrelas
parecem muito distantes da vida humana
e, no entanto, estamos ligados de modo íntimo à vida delas.
A própria matéria de que somos feitos foi criada há muito tempo
e muito longe daqui, em gigantes vermelhas.
Uma folha de grama, como Walt Whitman disse,
é o produto de uma jornada de trabalho das estrelas.
A formação do sistema solar pode ter sido desencadeada por uma supernova.
Depois que o Sol começou a brilhar,
sua luz ultravioleta penetrou em nossa atmosfera,
seu calor gerou relâmpagos
e essas fontes de energia deram início à vida.
As plantas colhem a luz solar e a transformam em energia química.
Nós e os outros animais somos parasitas das plantas.
Portanto, somos todos movidos à energia solar.
A evolução da vida é causada por mutações devidas em parte
pela radioatividade natural e pelos raios cósmicos que, por sua vez,
são gerados na espetacular morte de estrelas a milhares de anos-luz.
Pense no calor do Sol em seu rosto
num dia de céu limpo no verão.
A 150 milhões de km de distância,
reconhecemos o poder do Sol.
O que sentiríamos se estivéssemos em sua superfície
ou imersos no fogo nuclear de seu âmago?
E, no entanto, o Sol é uma estrela comum, até mesmo medíocre.
Nossos ancestrais idolatravam o Sol e eles não eram nada bobos.
Faz muito sentido respeitar o Sol e as estrelas.
Pois nós somos seus filhos.
Testemunhamos o ciclo de vida das estrelas.
Elas nascem, amadurecem e morrem.
Com o passar do tempo, há mais anãs brancas,
estrelas de nêutrons e buracos negros.
Os restos mortais das estrelas acumulam-se
com o passar das eras.
Mas o espaço interestelar também ganha mais elementos pesados
que darão origem a novas gerações de estrelas,
planetas, vida e inteligência.
Uma estrela pode influenciar um mundo do outro lado da galáxia,
a 1 bilhão de anos no futuro.
As enormes nuvens de gás e poeira são berçários estelares.
Aqui começa o inexorável colapso gravitacional
que domina a vida das estrelas.
Grandes sóis podem vir a agonizar em poucos milhões de anos,
morrendo jovens, sem sair da nebulosa em que nasceram.
Outros sóis, de vida mais longa, abandonam o berçário.
Foi assim com nosso Sol e com a maioria das estrelas no céu.
A maioria das estrelas pertence a sistemas estelares duplos ou múltiplos
e vive para gastar seu combustível nuclear,
que a alimenta por bilhões de anos.
A galáxia tem 10 bilhões de anos de idade,
velha o suficiente para ter disseminado algumas gerações de estrelas comuns.
Os objetos que encontramos em nossa viagem pela Via Láctea
são fases do ciclo de vida estelar.
Alguns são brilhantes e novos,
outros são tão antigos como a própria galáxia.
Cercando a Via Láctea,
há um halo de matéria que inclui os aglomerados globulares,
cada um contendo mais de 1 milhão de estrelas anciãs.
No centro dos aglomerados globulares
e no coração das galáxias
pode haver gigantescos buracos negros,
tiquetaqueando, sussurrantes,
objetos de pesquisas futuras.
Aqui na Terra, ficamos maravilhados,
com toda razão,
com o retorno diário de nosso Sol.
Mas de um planeta que orbita uma estrela
em um distante aglomerado globular,
um alvorecer ainda mais glorioso nos aguarda.
Não o nascer do Sol,
mas o nascer da galáxia,
uma manhã iluminada por 400 bilhões de sóis,
o nascer da Via Láctea, com sua enorme forma espiral,
com nuvens de gás em colapso, sistemas planetários em formação,
gigantes luminosas, estáveis estrelas de meia-idade, gigantes vermelhas,
anãs brancas, nebulosas planetárias, supernovas, estrelas de nêutrons,
pulsares, buracos negros
e, temos todas as razões para imaginar,
outros objetos exóticos
que ainda não foram descobertos.
Da perspectiva de um mundo assim,
situado bem acima do disco da Via Láctea,
seria evidente, bem como já começa a ser evidente neste mundo,
que somos feitos de átomos e estrelas,
que nossa matéria e nossa forma
são determinadas pelo cosmos
do qual fazemos parte.
ATUALIZAÇÃO - 10 anos depois
Tenho apenas um instante,
mas gostaria de mostrar uma foto da Betelgeuse,
este é o seu nome, na constelação de Órion:
A primeira imagem da superfície de outra estrela.
Mas a mais emocionante descoberta recente
foi a de uma supernova numa galáxia próxima da Via Láctea.
Estamos testemunhando o processo de síntese dos elementos químicos
e tendo o primeiro vislumbre de uma supernova
por meio de um novo campo da ciência,
a astronomia de neutrinos.
Agora já podemos ver, ao redor das estrelas próximas,
discos de gás e poeira cósmica iguais àqueles que explicam
a origem dos planetas em nosso sistema solar.
Mundos podem estar se formando neles.
É como uma foto de nosso sistema solar no passado.
E são tantos os discos encontrados hoje em dia
que planetas podem ser bem comuns, orbitando estrelas da Via Láctea.