astro stuff          outubro 2003

 

Flúor da Mozal

 

Investigações em curso poderão ajudar a resolver alguns mistérios que envolvem o flúor da Mozal.

 

O flúor - que é um elemento astronomica e quimicamente raro - nasce de uma alquimia ainda mal conhecida pelos terráqueos, e há pelo menos três teorias competindo pela verdade da sua origem.

 

Ao traduzir extractos de um artigo de Ken Croswell (publicado na Sky & Telescope, set 2003) xitizap espera contribuir para o esclarecimento da origem dos dejectos que, sob gestão do MICOA, a Mozal vai depositar na lixeira de Mavoco.

 

Flúor interestelar

 

em 1980, o satélite Copernicus descobriu flúor no espectro da estrela Delta (d) da constelação Scorpius. Em 1997 o Infrared Space Observatory observou uma nuvem molecular chamada Sagittarius B2 perto do centro galáctico e descobriu a primeira, e até agora única, molécula interestelar portadora de flúor - o fluoreto de hidrogénio.

 

O HF é a forma dominante de flúor entre as estrelas, e isto deve-se ao facto de a molécula mais comum no espaço interestelar - a molécula de hidrogénio H2, rapidamente converter F em HF.

 

(Feliz), ou infelizmente, é provável que a maior parte do flúor interestelar se encontre, não em estado gasoso, mas antes como um sólido atracado a minerais em grãos de poeira que não deixam rasto no espectro estelar.

 

Note-se que, de momento, a constelação Scorpius pode ser vista, logo ao crepúsculo, pairando sobre os céus da Mozal e Mavoco

 

como é que as estrelas produzem flúor?

 

Ironicamente, as estrelas tipo gigante-vermelho e Wolf-Rayet produzem o flúor por manipulação do seu elemento nemesis - o protão. A sequência da reacção nuclear é complexa e não acontece facilmente. Ela começa quando o pesado isótopo do Carbono (carbono-13) se funde com o hélio-4 e perde um neutrão:

 

13C + 4He ---->  16O + neutrão

 

o neutrão impacta então o nitrogénio, ou o alumínio, libertando um protão:

 

14N + neutrão ----> 14C + protão

26Al + neutrão ---> 26Mg + protão

 

estes protões acabam por produzir flúor através de uma sequência que começa quando o nitrogénio-14, um resto da queima de hidrogénio via ciclo CNO, encontra o hélio para criar o radioactivo flúor-18:

 

14N + 4He -----> 18F

 

o átomo deste flúor-18 é instável e rapidamente decai em isótopo de oxigénio-18 libertando um positrão (anti-partícula do electrão; electrão de carga positiva):

 

18F  -----> 18O + positrão

 

é então que o protão-nemesis entra em acção transformando o oxigénio-18 em nitrogénio-15:

 

18O + protão ------> 15N + 4He

 

O nitrogénio-15 reage então com o hélio e forja finalmente o elemento flúor:

 

15N + 4He -----> 19F

 

numa estrela gigante-vermelhana, o lampejar da estrutura de hélio empurra o flúor até à superfície da estrela, onde temperaturas mais baixas previnem a sua destruição pelos protões, ou pelo hélio-4.

 

Nas estrelas Wolf-Rayet, uma sequência similar pode também produzir flúor no início da queima de hélio. O vento estelar sopra então o flúor para o espaço antes que a temperatura suba o suficiente para que o hélio o destrua.

 

Notas:

 

Ciclo CNO - ciclo que ocorre durante um processo de fusão nuclear, e no qual o Carbono, Nitrogénio e Oxigénio catalisam a reacção hidrogénio-para-hélio. O ciclo CNO também converte Carbono e Oxigénio em Nitrogénio-14.

 

Estrelas Wolf-Rayet - assim chamadas em honra aos que as descobriram (Charles Wolf (1827-1918) e Georges Rayet (1839-1906). São estrelas cujo espectro contem brilhantes linhas de emissão em vez de escuras linhas de absorção. Divididas em 2 espécies, nas do tipo WN as linhas de emissão do nitrogénio dominam o espectro. Nas do tipo WC, predominam as linhas de Carbono e Oxigénio.

 

 

Flúor - um mistério ELEMENTar

 

por Ken Croswell

 

“na Terra, todos os elementos químicos contam uma estória que foi escrita nos céus”.

 

 

O Nitrogénio da nossa atmosfera, e das proteínas dos hominídeos corpos, floresceu em estrelas mais pesadas que o Sol, como Capela - estrelas que, ao morrer, projectam as suas camadas externas como nebulas planetárias. O Oxigénio que respiramos e o gás Néon das fachadas e montras também foram cozinhados em estrelas massivas, como Antares, que ao explodirem como supernovas lançam estes químicos para as galáxias. As próprias explosões de supernovas forjam muito do Ferro circulando no sangue e no ouro de vários anéis.

 

Contudo, há um elemento que abunda é em mistério: o Flúor.

 

Embora o flúor nos pareça familiar, ninguém sabe como ele aparece. De acordo com uma intrigante ideia, o flúor deve a sua existência aos neutrinos - as partículas fantasmas que nos atravessam a cada segundo, vindas do núcleo do Sol.

 

Uma ideia concorrente considera que o elemento Flúor sera antes originado quando uma estrela tipo gigante-vermelha funde o nitrogénio e, pasme-se, há ainda uma outra teoria que mantém que as massivas estrelas azuis que sopraram as suas camadas externas - as estrelas Wolf-Rayet - são as responsáveis pelo truque de Flúor.

 

Um elemento à parte

 

Astromica e quimicamente, o flúor (número atómico 9, dos 9 protões do seu núcleo) está num lugar à parte. Desde logo porque é raro.

 

Hierarquizem-se entretanto os elementos por abundância cósmica: os seus vizinhos - carbono, nitrogénio, oxigénio e néon - todos eles figuram no top dos seis mais, logo a seguir ao hidrogénio e hélio. Mas o flúor não aparece sequer no top 20 - parece uma palhota no meio de mansões.

 

Contudo, aos astrónomos a escassez de flúor oferece uma pista vital, e uma possível oportunidade.

 

A pista é simples: quem quer que faça o flúor, não o faz em grandes quantidades.

 

E isso pode significar que a própria existência de flúor obrigue a pesquisar processos núcleo-sintécticos até aqui desconhecidos.

"O mais raro dos isótopos poderá diagnosticar uma física muito interessante" - refere Stan E. Woosley (University of California, Santa Cruz) - "porque são necessárias circunstancias especiais para o fazer.

" É muito fácil fazer ferro, por exemplo; mas acontece que é muito difícil fazer flúor." 

 

Por isso mesmo, o pouco flúor nascido nestes exóticos processos não é afogado por enormes quantidades criadas em qualquer outro lado.

 

O Flúor é o elemento que a maior parte dos espectrólogos nunca viu. Dada a sua raridade, são fracas as poucas linhas espectrais que o flúor produz e, embora abundem em mais de 100 biliões de estrelas na Via Láctea, os astrónomos só detectaram este elemento em menos de 100 delas.

 

Para os químicos, o Flúor sobressai como o mais reactivo dos elementos. E é tão hiper-activo que convive com átomos tão insociáveis como o crípton e xénon - ambos gases nobres - com eles formando moléculas. Quando aparelhado ao hidrogénio transforma-se em ácido fluorídrico -  uma substancia tão corrosiva que dissolve o tubo de ensaio que o tentar fazer.

 

Para um cientista nuclear, o flúor é frágil.

 

Ao contrário da maioria dos elementos ele apenas tem um isótopo estável - o flúor-19—e, embora as estrelas normalmente manufacturem estes cruciais elementos, tipicamente, elas destroiem o flúor que herdam - um processo quese se deve ao facto de os elementos mais comuns, hidrogénio e hélio, o aniquilarem

 

Entretanto, no interior escaldante de uma estrela, os protões partem o flúor em oxigénio e hélio, enquanto que o núcleo de hélio-4 converte flúor em néon. Daí que, qualquer flúor que consiga emergir tenha que fazer face a um universo armado contra ele.

 

Uma ideia explosiva

 

Em 1988 Woosley e Haxton (University of Washington) sugeriram uma maneira de dar a volta ao enigma. E propuseram que o flúor tanto pode ser criado, como guardado pelas supernovas. As explosões estelares arremessam o flúor para o espaço com velocidade suficiente para o proteger dos elementos que o destroiem.

 

Infelizmente, ninguém ainda observou flúor numa supernova (ou nos seus resquícios) e por isso este processo (via neutrinos) permanece especulativo.

 

Uma gigantesca descoberta

 

Em 1992, três astrónomos reportaram de facto a descoberta de flúor - não em supernovas, mas em dúzias de estrelas tipo gigante-vermelho (red-giant). Enquanto um deles - Alain Jorissen (Free University of Brussels) completava uma tese teorizando a produção de flúor neste tipo de estrelas, dois outros astrónomos David Lambert (University of Texas, Austin) e Verne V. Smith (U.T. El Paso) já haviam confirmado a teoria quando, ao estudarem outros elementos em estrelas gigantes, acidentalmente detectaram a assinatura infravermelha do gasoso fluoreto de hidrogénio (HF). Rapidamente, as novas observações permitiram-lhes medir a abundância de flúor em 65 estrelas gigantes.

 

Entretanto, Georges Meynet (Geneva Observatory) e Marcel Arnould (F.U. Brussels) passaram a recomendar que os pesquisadores de flúor deveriam olhar, não para as estrelas tipo gigante-vermelho, mas antes para as estrelas azuis conhecidas como Wolf-Rayet. Contudo ainda ninguém conseguiu confirmar a existência de flúor neste tipo de estrelas.

 

Tudo indica no entanto que as novas observações actualmente em curso poderão finalmente apontar a origem do flúor e validar ou não qualquer uma das três possibilidades concorrentes: supernovas, gigantes vermelhas e estrelas tipo Wolf-Rayet.

 

A ideia é determinar quão rapidamente se formou o Flúor na jovem Via Láctea, por comparação com o oxigénio e o ferro. Cada uma destas teorias sobre a formação flúor prediz diferentes histórias do elemento, e consequentemente diferentes padrões de abundância em estrelas pobres em metais.

 

Se o flúor se produziu em supernovas via processos de neutrino, então o elemento formou-se muito depressa na Via Láctea, e as halo-estrelas deverão conter alguma quantidade de flúor. Por outro lado, se foram as estrelas tipo gigante-vermelho que produziram a maior parte do flúor do universo, então as halo-estrelas deverão conter menos porque elas têm a sua origem em estrelas com vidas longas como Sol.

 

A teoria Wolf-Rayet prediz um terceiro padrão - que a galáxia produziu flúor só depois de ter atingido uma metalicidade crítica.

 

Dentro de um ano, e na sequência das actuais observações, espera-se que a estória completa da origem do Flúor seja finalmente revelada.

 

Ken Croswell é astrónomo, e autor do livro Alquimia dos Céus

 

 

astro stuff        por zeca bamboo

 

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