4 - Contrações Estelares

GRAVITAÇÃO

Ao considerarmos as catástrofes alternativas da morte pelo calor e do ovo cósmico, visualizamos o universo como um todo e como se fosse um mar mais ou menos calmo, constituído de matéria esparsa, todo ele ganhando entropia e se expandindo até culminar com a morte pelo calor, ou todo ele perdendo entropia e se contraindo até formar um vo cósmico. Admitimos que todas as suas partes estavam fadadas ao mesmo destino, da mesma forma e ao mesmo tempo.

No entanto, o fato é que o universo não é nem um pouco calmo, a menos que visto à distância e de modo muito abrangente. Visto de perto e detalhadamente, revela-se, na realidade, bastante revolto.

Para começar, o universo contém pelo menos 10 bilhões de trilhões de estrelas, e as condições em uma estrela ou na região próxima a ela são bastante diferentes daquelas encontradas a uma certa distância dela. Além disso, em alguns lugares, as estrelas se concentram densamente; em outros, distribuem-se dispersamente; em outros ainda, são virtualmente ausentes.

Desse modo, é bem possível que eventos ocorridos em algumas partes do universo sejam bastante diversos dos ocorridos em outras, e que, por exemplo, enquanto o universo como um todo se expande, partes dele se contraiam. Devemos considerar essa possibilidade, já que essa diferença de comportamento pode conduzir a um outro tipo de catástrofe.

Comecemos por analisar a Terra, formada por aproximadamente 6 trilhões de trilhões de quilos de rochas e metais. A natureza de sua formação se deve em grande parte ao campo gravitacional gerado por toda essa massa.

Desse modo, ao fundir-se pela ação do campo gravitacional, o material constitutivo da Terra foi forçado a ocupar a área mais próxima possível do centro. Cada porção da Terra se dirigia ao centro até que seu caminho era fisicamente bloqueado por outra porção. Finalmente, cada porção da Terra estava tão próxima do centro quanto possível, de modo que o planeta inteiro apresentava energia potencial mínima.

Numa esfera, a distância entre o centro e as várias partes do corpo é, em geral, menor que em qualquer outra forma geométrica; então a Terra é uma esfera. (Também o são o Sol, a Lua e todos os outros astros relativamente grandes, excetuando condições especiais.) Além do mais, a Terra, moldada esfericamente pela gravitação, é firme e compacta. Os átomos que a compõem se encontram em contato. De fato, à medida em que se adentra a crosta terrestre, os átomos se comprimem mais ainda pelo peso das camadas superiores (esse peso representa a força da gravidade).

Mesmo no centro da Terra, contudo, apesar de firmemente comprimidos, os átomos continuam intatos. Por isso, resistem à maior ação da gravidade. A Terra não mais se contrai; mantém-se numa esfera de 12 750 quilômetros de diâmetro — indefinidamente, contanto que não sofra intervenções.

As estrelas, porém, não podem ser consideradas da mesma forma, pois suas massas são de 10 000 a 10 milhões de vezes maiores que a da Terra, o que faz muita diferença.

Tomemos o Sol, por exemplo, que tem uma massa 330 000 vezes maior que a da Terra. Seu campo gravitacional é 330 000 vezes maior; quando o Sol se formou, a intensidade da força que o moldou como esfera era proporcional a isso. Com a ação de força tão intensa, os átomos do centro do Sol se romperam sob o peso colossal das camadas superiores.

Isso ocorre porque os átomos não são nem um pouco análogos a minúsculas bolas de bilhar, como se pensava no século XIX. São, em sua maioria, fofas cápsulas de ondas de elétrons com massa muito pequena, no centro, um núcleo minúsculo que praticamente contém toda a massa. O núcleo tem um diâmetro equivalente a 1/100 000 do do átomo intato. O átomo é mais semelhante a uma bola de pingue-pongue, em cujo centro flutua uma bolinha minúscula e muito densa.

Sob a pressão das camadas superiores do Sol, então, as cápsulas de elétrons dos átomos do centro do Sol se partem e os minúsculos núcleos são liberados. Os núcleos isolados e os fragmentos de cápsula de elétrons são tão menores que os átomos intatos que, sob a própria pressão gravitacional, o Sol poderia encolher até dimensões surpreendentemente pequenas — mas não o faz.

Esse encolhimento não acontece porque o Sol — bem como outras estrelas — é basicamente composto de hidrogênio. O núcleo de hidrogênio no centro do átomo de hidrogênio é uma partícula subatômica chamada “próton”, que contém uma carga elétrica positiva. Após o rompimento dos átomos, os prótons soltos podem ser mover livremente e se aproximar muito mais do que quando cada um era envolto por cápsulas de elétrons. De fato, podem não apenas aproximar-se, mas também colidir com grande força, porque a energia da força gravitacional é convertida em calor à medida em que o material do Sol se aglutina, de forma que a temperatura do centro do Sol é de cerca de 15 milhões de graus.

Às vezes, quando colidem, os prótons se unem, em vez de rícochetear, iniciando assim uma “reação nuclear”. Nesse processo, alguns prótons perdem a carga elétrica, tornando-se “nêutrons” e, finalmente, forma-se um núcleo composto de dois prótons e dois nêutrons. É o núcleo do átomo de hélio.

O processo (o mesmo da bomba de hidrogênio, mas com poder incomparavelmente maior) produz enorme quantidade de calor, o que faz do Sol uma bola de gás incandescente, e mantém-no assim por muito, muito tempo.

Enquanto a Terra deixa de se contrair ainda mais pela resistência dos átomos intatos, o Sol deixa de fazê-lo pelo efeito de expansão do calor resultante das reações nucleares em seu interior. A diferença reside no fato de que a Terra pode manter indefinidamente seu tamanho se nenhuma intervenção que quebre seus átomos for efetuada. O mesmo não se aplica ao Sol. O tamanho dele depende da contínua produção de calor no centro, que depende de uma contínua série de reações nucleares, as quais, por sua vez, dependem de um contínuo suprimento de hidrogênio — o combustível para essas reações.

Porém, existe apenas uma quantidade fixa de hidrogênio.

Conseqüentemente, passado certo tempo, o hidrogênio do Sol (ou de qualquer estrela) minguará até um ponto crítico. A taxa de produção das reações nucleares diminuirá; a energia, também. Haverá calor insuficiente para manter o Sol (ou qualquer estrela) distendido e ele começará a se contrair. A contração de uma estrela traz conseqüências gravitacionais importantes.

A força gravitacional entre quaisquer dois objetos aumenta à medida em que a distância entre seus centros decresce; esse aumento é da ordem do quadrado da diferença da distância. Se você está a certa distância da Terra e reduz essa distância pela metade, a força da Terra sobre você aumenta 2 x 2, ou 4 vezes. Se você reduz a distância para 1/16, a força da Terra aumenta 16 x 16, ou 256 vezes.

No presente momento, você está sobre a superfície da Terra. A força gravitacional agindo sobre você depende da massa terrestre, da sua própria massa, e do fato de você estar a 6 378 quilômetros do centro da Terra. Ser-lhe-ia bem difícil modificar significativamente a massa da Terra, e você pode não querer modificar a sua própria massa, mas pode se imaginar modificando sua distância do centro da Terra.

Você pode, por exemplo, aproximar-se mais do centro da Terra, perfurando (mentalmente) a substância da própria Terra. Bem, você pode pensar: a força gravitacional aumenta de acordo com a minha crescente proximidade do centro da Terra.

Não! A força gravitacional só depende da distância do centro do corpo em questão quando se está fora desse corpo.

Só nesse caso é que se pode tratar toda a massa do corpo como se ela estivesse concentrada no centro, no cálculo de forças gravitacionais.

Se você escavar a Terra, só a parte mais central dela o atrairá em direção ao centro. A parte da Terra que está mais afastada do centro do que você não contribui para a força gravitacional. Conseqüentemente, quanto mais você escava a Terra, menor a força gravitacional sobre você. Se você estivesse alcançando o próprio centro da Terra (mentalmente), inexistiria qualquer força em direção ao centro, já que não haveria nada mais próximo do centro para atraí-lo. Você estaria sujeito à gravidade zero.

Suponhamos, no entanto, que a Terra se contraia até ficar só com a metade de seu raio, apesar de reter toda a massa. Se você estivesse numa nave distante, isso não o afetaria. A massa da Terra ainda seria o que era antes, o mesmo acontecendo com sua própria massa e com sua distância do centro da Terra. Independentemente de a Terra se expandir ou contrair, sua força gravitacional sobre você não se alteraria (contanto que ela não se expandisse a ponto de engolfá-lo, circunstância essa que faria decrescer a força gravitacional dela sobre você).

Agora, suponhamos que você esteja sobre a superfície terrestre no momento em que esta começa a se contrair e que você aí permaneça durante todo o processo de contração. Tanto a massa da Terra como a sua continuariam as mesmas, mas sua distância do centro terrestre diminuiria pela metade. Você ainda estaria fora da Terra em si e toda a massa terrestre estaria entre você e o centro, de modo que a força gravitacional terrestre sobre você aumentaria 2 x 2, ou 4 vezes. Em outras palavras, a gravidade da superfície da Terra aumentaria à medida em que ela se contraísse.