14 Dezembro 2014      00:00

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Anãs Brancas - as estrelas exóticas!

As estrelas passam a maior parte do seu tempo num «jogo» entre dois agentes - a gravidade e a pressão da radiação. A gravidade puxa o material pelo qual a estrela é feita para o seu centro. A pressão da radiação empurra esse material para fora. Enquanto este jogo durar, ou por outras palavras, existir um “equilíbrio” entre a gravidade e a pressão, a estrela é estável. O nosso Sol é uma estrela que se encontra nesta situação e assim ficará por mais 4,5 mil milhões de anos!!

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O “equilíbrio” a que me referi no parágrafo anterior é sustentado pela queima (fusão) do material de que a estrela é feita (essencialmente hidrogénio). Como não pretendo explicar taxativamente a evolução de uma estrela até à fase de anã branca, dou um «salto» para a etapa em que as reacções de fusão do hélio cessam no interior da estrela. Nesta fase, a estrela é constituída por um núcleo de carbono inerte que não sofrerá fusão, pois a estrela não consegue produzir uma temperatura suficientemente alta para o «queimar». Uma estrela que passe por uma etapa como a anterior está condenada! Uma configuração desse tipo tornar-se-á instável e a pressão da radiação «expulsará» a matéria circundante ao núcleo, produzindo uma nebulosa planetária e deixando a descoberto o seu núcleo – a que chamamos de anã branca. Por exemplo, o nosso Sol que neste momento é mais de 333 mil vezes maior do que a Terra, originará uma anã branca cujo tamanho igualará o nosso planeta…

Se recuarmos uns parágrafos concluiríamos que a estrela está agora à mercê da gravidade, pois sem reacções nucleares, não há fotões (“autocarros” de energia) e deste modo, não há pressão de radiação. O núcleo entraria em colapso (desmoronava-se para o centro, como um copo a estilhaçar-se no chão) não fosse a pressão de degenerescência dos electrões.

A pressão de degenerescência dos electrões é a chave para o equilíbrio (hidrostático) de uma anã branca após cessarem as reacções nucleares nos interiores das estrelas de pequena massa. (Até cerca de dez vezes a massa do nosso Sol).

Numa anã branca os electrões encontram-se «empacotados», pelo que os níveis de energia mais baixos estão todos ocupados, para uma dada região, formando um gás degenerado.

Em condições «normais» os gases obedecem à chamada lei do gás ideal a que já estamos familiarizados atendendo ás suas implicações. Por exemplo, se colocarmos um balão cheio de um dado gás perto de uma lareira acesa, o calor produzido provocará um aumento no seu volume, consequência da temperatura do gás no interior do balão ter aumentado. Se pelo contrário, colocarmos o mesmo balão num frigorífico, o seu volume diminuirá, pois a temperatura do gás no interior do balão diminui.

Imaginemos agora uma panela de pressão. No seu interior, além dos alimentos necessários para preparar a sopa, há gás (vapor de água). Quando colocarmos essa panela ao lume, a chama do fogão fornecerá energia à panela e a pressão (do gás) no seu interior aumentará à medida que a temperatura aumenta.

Em condições degeneradas (como num gás de electrões numa anã branca), as leis da mecânica quântica «obrigam» a que o gás tenha um comportamento diferente dos gases a que estamos familiarizados, isto é, a pressão desse gás deixa de ser função da temperatura, passando a ser apenas da densidade (número de partículas por volume). Continuando com a analogia do balão, se fosse possível encher um com gás degenerado, poderíamos verificar que não aumentaria de volume, em situação análoga ao exemplo anterior.

Nas anãs brancas os átomos estão «desfigurados», isto é, os electrões já não “orbitam” em torno do núcleo mas, encontram-se comprimidos e procuram ocupar os níveis de energia mais baixos. São estes electrões que originam a pressão de degenerescência do electrão, atendendo a que o princípio de exclusão de Pauli proíbe que duas partículas idênticas ocupem ao mesmo tempo a mesma região do espaço.

Os electrões nos estados de energia mais elevados (maior momento) serão aqueles que contribuem para a pressão de degenerescência e que deste modo evitam o colapso da estrela.

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Para vos tentar explicar melhor esta questão dos níveis de energia ocupado pelos electrões, imaginemos a seguinte analogia: Suponhamos que vamos assistir a um concerto no Pavilhão Atlântico (Meo Arena) e não há ninguém a controlar a entrada. As primeiras pessoas a entrarem no pavilhão poderão escolher qualquer cadeira (o equivalente ao nosso nível de energia – caixas onde os electrões se encontram), atendendo a que o pavilhão está completamente vazio. Contudo, à medida que o pavilhão for enchendo, as pessoas vão ficando condicionadas as cadeiras que se encontram por preencher. Quando todas as cadeiras estiverem preenchidas e admitindo que ainda há pessoas a entrar, como não têm cadeiras, irão empurrarem-se umas às outras como é de esperar!

Numa anã branca as «pessoas» da analogia anterior correspondem aos nossos electrões, e esses empurrões serão a pressão (chamada de degenerescência do electrão) que evita que a estrela colapse.

As anãs brancas acabam por arrefecer gradualmente no decurso de alguns milhares de milhões de anos, até se tornarem anãs negras.

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