Muita matéria em pouco espaço ou muito espaço em pouca matéria?

Uma das questões que mais frequentemente recebo em conversas acerca de astronomia diz respeito dos objetos de densidades extremas: estrelas com uma massa maior que a do Sol mas tão pequenas que caberiam dentro de uma área exígua de 10 km. Tal densidade seria como espremer a humanidade inteira dentro do volume de um átomo, e o planeta Terra inteiro dentro de uma bola de bilhar.

Isso é difícil de compreender, de aceitar, parece um absurdo; mas não quando conhecemos a real essência da matéria: mais de 99 % vazia, sendo o que pensamos ser material, sólido, intransponível, apenas uma ilusão energética formada pelas partículas elementares do Universo. Elementar meu caro Watson, elementar… 🙂

No momento que damos um soco numa parede, a sensação é de que ambos somos sólidos, mas nesse exato momento uma miríade de partículas exóticas, chamadas Neutrinos, atravessaram nossos corpos, e a parede, como se nem existíssemos: os Neutrinos são menores que a base da matéria de que somos formados, os átomos, que são essencialmente 99% vazios, e sem falar que somos moleculares, e entre os átomos formando uma molécula também já há muito espaço. É uma das razões pelas quais um diamante é mais denso que um cubo de gelo: o gelo é molecular, já o diamante é feito de átomos, átomos de Carbono alinhados.

O tamanho de uma molécula varia muito, de acordo com a densidade, o tamanho dos átomos e o estado natural da substância, mas vamos pegar por exemplo que uma molécula tem o tamanho de uma metrópole com três estádios: assim um átomo seria do tamanho de um estádio de futebol, a eletrosfera seria uma profusão de partículas agitadas com carga negativa, pequeninhas e distribuídas nos níveis das arquibancadas em equilíbrio neutro com a carga positiva do núcleo atômico: a parte realmente massiva de um átomo, mas que nessa proporção seria uma bola de futebol bem no centro do campo.

Uma Estrela Anã Branca, que concentra uma massa solar no volume de um objeto do tamanho da Terra, tem uma densidade tão alta que um centímetro cúbico de sua massa pesaria uma tonelada. Sua constituição é essencialmente matéria superconcentrada, átomos – geralmente de carbono ou oxigênio, extremamente “apertados” e alinhados – as exóticas estrelas de diamantes. Já as Estrelas de Nêutrons, que resultam do núcleo remanescente de uma Supernova, atropelam o máximo de concentração suportável pelos átomos e os aperta contra si mesmo via pressão: prótons engolem os elétrons e viram nêutrons, daí o nome da Estrela: ela tem a densidade do núcleo atômico, e um centímetro cúbico dessa coisa pesaria mais de trilhões de toneladas.

Nesse momento, surgem questões curiosas:

“Mas se os núcleos atômicos possuem essa densidade extrema, então em parte também temos essa densidade, afinal somos feitos de átomos… ”

Sim, exato, mas em densidade e numa porção absurdamente pequena da nossa essência, menos de 1 % em que temos massa concentrada; e isso não é uma quantidade significativa de massa porque um átomo é indescritivelmente pequeno, logo, não faz diferença: toda a massa de núcleos atômicos de toda a biomassa humana não chega a 1 centímetro cúbico; como citei no exemplo acima: teríamos que ser espremidos a um objeto do tamanho de um núcleo atômico para ter tal densidade.

Mas a viagem não acaba por aí, afinal dentro de algo que no passado recebeu um nome referente a indivisível, o átomo, cabe um Universo inteiro: o Quântico. Em fim, até o núcleo superdenso é na verdade formado por partículas nucleares, os prótons e nêutrons, e cada próton e nêutron é formado por partículas: os Quarks, as partículas elementares, e os glúons, as “molas” responsáveis pela colossal força fundamental que mantém uma partícula nuclear coesa. O mais incrível é que nem o colapso colossal do advento de uma supernova vence a força dessa coesão: por isso as Estrelas de Nêutrons são formadas por …nêutrons, a pressão desmanchou o átomo, e prótons engoliram os elétrons se transformando de partículas positivas para neutras, a constituição da estrela superdensa.

Será que algo venceria essa coesão? Talvez uma pressão maior que o colapso da Supernova, eventualmente uma hipernova, isso no espaço. Que resultado teríamos? O LHC conseguiu. Afinal, obtemos a sopa quark-glúon. No Universo, um astro exótico hipotético teria essa constituição, a que chamamos de Estrela de Quarks, ou supostamente os núcleos das estrelas de Nêutrons. As coisas vão ficando perigosamente complexas na direção da constituição dos Buracos Negros. Singular, meu caro Watson, singular… 🙂

Os Pesos pesados do Universo J.S.