Biología

Fusão nuclear e formação de estrelas

Fusão nuclear

Durante o verão, gosto de fazer fogo do lado de fora e fazer alguns marshmallows. Eu queimo toras para deixar o fogo bem quente. Depois de terminar de comer os marshmallows e ganhar mais algumas cáries nos dentes, o fogo se extingue e sobra as cinzas.

Uma estrela adulta, como o nosso sol, também queima algo para gerar energia. Mas não são toras de madeira, é claro. E esse processo também produz uma espécie de cinza como resultado. A estrela usa um processo chamado fusão nuclear para gerar energia. A fusão nuclear é um processo que combina núcleos para liberar energia. Em termos muito simples, as estrelas queimam hidrogênio e a cinza que sobra é o hélio.

Um equilíbrio de forças

É claro que os detalhes da fusão nuclear são muito mais complexos, e outra lição aborda os detalhes de tudo isso. No entanto, o foco desta lição agora é como a fusão nuclear surge em primeiro lugar à medida que uma estrela se desenvolve.

Quando uma estrela começa a se formar, ela é chamada de protoestrela. Esta protoestrela se forma a partir de densas nuvens moleculares no espaço. À medida que se forma, a nuvem molecular se condensa e se contrai graças à força da gravidade, puxando a matéria para dentro da proto-estrela em formação.

Portanto, a força da gravidade pode ser vista como sua mão empurrando uma grande mola apoiada na mesa. Mas a protoestrela não se condensa em um pequeno ponto por causa da gravidade. Isso ocorre porque, embora uma mola se contraia quando você a empurra para baixo, ela empurra de volta para resistir à força de contração. Eventualmente, será alcançado um ponto onde você não pode mais comprimir a mola, mas também não pode expandir mais devido a um equilíbrio de forças.

Em uma estrela, as forças de equilíbrio são a contração gravitacional, a atração da gravidade para dentro e a pressão para fora de gases muito quentes. Esses gases são muito quentes e essa pressão é muito alta, justamente por causa da contração gravitacional.

Novamente, é como nossa primavera. Sua mão imita a contração gravitacional enquanto empurra para baixo na mola. Sua mão força a mola a empurrar para trás em você, assim como a gravidade força os gases a se tornarem quentes e pressurizados, o que resulta em um efeito de empurrão na contração gravitacional.

A pressão para fora dos gases quentes, equilibrando a atração da gravidade para dentro, é chamada de equilíbrio hidrostático .

Como a fusão nuclear começa

Eventualmente, conforme a estrela se forma, a fusão nuclear começa e a estrela 'liga', por assim dizer.

Mas quando nesse processo a fusão nuclear finalmente começa a gerar energia em uma estrela, e por que naquele momento? A resposta é: quando a temperatura atingir cerca de 10 milhões de Kelvin. Isso é cerca de 18 milhões de graus Fahrenheit. OK, bem, bastante justo. Mas por que a temperatura deve ser tão alta para a fusão nuclear começar?

Isso ocorre porque a ignição para a fusão nuclear depende da colisão de núcleos de hidrogênio , ou prótons de hidrogênio. Os prótons têm carga positiva.

No amor, dizemos que os opostos se atraem. Bem, prótons não são opostos. Todos eles têm carga positiva. E mesmo que eles tenham um comportamento positivo e animado, eles não querem ficar perto um do outro.

Tenho certeza de que você já pegou alguns ímãs antes e os colocou de forma que, em vez de grudarem um no outro, eles realmente se repeliram. É o que acontece quando dois prótons se aproximam. Mas já que devemos combinar prótons para iniciar a fusão nuclear, deve haver algo que force esses caras a se combinarem. Quando você tinha aqueles dois ímãs que se repeliam, você aplicava uma força grande o suficiente para fazer com que eles se tocassem, superando sua repulsão.

As altas temperaturas superam a repulsão que os prótons têm um em relação ao outro, colidindo-os em velocidades muito altas. Quanto mais alta a temperatura, maior a velocidade de colisão e maior a probabilidade de uma reação iniciar a fusão nuclear.

Resumo da lição

Esta lição explicou para você como a fusão nuclear começa durante a formação estelar. A fusão nuclear é um processo que combina núcleos para liberar energia. Começa quando a temperatura em uma estrela atinge cerca de 10.000.000 Kelvin. Essa temperatura ocorre como resultado da contração gravitacional de uma estrela em formação, fazendo com que seus gases se aqueçam e a pressão aumente.

Essa mesma pressão eventualmente fica grande o suficiente para neutralizar a força da gravidade. A pressão para fora dos gases quentes, equilibrando a atração da gravidade para dentro, é chamada de equilíbrio hidrostático .

Uma consequência das altas temperaturas acumuladas durante a formação estelar é a fusão nuclear. Altas temperaturas significam que as partículas de um gás estão voando em velocidades vertiginosas. Os núcleos de hidrogênio , ou prótons de hidrogênio, são partículas carregadas positivamente que colidem para iniciar a fusão nuclear, embora normalmente não queiram entrar em contato um com o outro. Mas as altas velocidades de colisão devido às altas temperaturas os forçam a iniciar o processo de fusão nuclear, afinal.

Resultados de Aprendizagem

O conhecimento dos detalhes desta lição pode permitir que você:

  • Compreenda o papel da fusão nuclear na formação de estrelas
  • Discuta o equilíbrio da gravidade e da pressão em uma estrela
  • Explique como os prótons são forçados a se unirem na fusão nuclear
  • Lembre-se da temperatura interna necessária para iniciar a fusão nuclear em uma estrela
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