Ciclo CNO

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O Ciclo CNO-I.

O ciclo CNO (carbono-nitrogênio-oxigênio) é uma das reações de fusão pelas quais as estrelas convertem hidrogênio em hélio, sendo a outra a cadeia próton-próton. Ainda que a cadeia próton-próton seja mais importante nas estrelas da massa do Sol ou menor, os modelos teóricos mostram que o ciclo CNO é a fonte de energia dominante nas estrelas mais massivas. O processo CNO foi proposto em por Carl von Weizsäcker[1] e Hans Bethe[2] independentemente em 1938 e 1939, respectivamente.

No ciclo CNO, quatro prótons fundem-se usando isótopos de carbono, nitrogênio e oxigênio que atuarão como catalisadores para produzir uma partícula alfa, dois pósitrons e dois neutrinos. Os pósitrons irão sempre instantaneamente aniquilar-se com elétrons, liberando energia na forma de radiação gama. Os neutrinos escapam da estrela levando alguma energia. Os isótopos de carbono, nitrogênio, e oxigênio são para todos os efeitos um núcleo que irá passar por um número de transformações em um ciclo sem fim, reciclando-se.

CNO-I[editar | editar código-fonte]

As reações principais do ciclo CNO são:[3]

12C + ¹H 13N + γ +1,95 MeV
13N 13C + e+ + νe +1,37 MeV
13C + ¹H 14N + γ +7,54 MeV
14N + ¹H 15O + γ +7,35 MeV
15O 15N + e+ + νe +1,86 MeV
15N + ¹H 12C + 4He +4,96 MeV

O núcleo de carbono-12 usado na primeira reação é regenerado na última.

CNO-II[editar | editar código-fonte]

Há uma versão menos frequente da reação, que ocorre só em 0,04% das vezes, na qual a reação final acima não produz 12C e 4He, mas 16O e um fóton, e continua assim:

15N + ¹H 16O + γ +12.13 MeV
16O + ¹H 17F + γ +0.60 MeV
17F 17O + e+ + νe +2.76 MeV
17O + ¹H 14N + 4He +1.19 MeV
14N + ¹H 15O + γ +7.35 MeV
15O 15N + e+ + νe +2,75 MeV

Como o carbono, nitrogênio e oxigênio envolvidos nas reações principais, o flúor produzido na etapa menor é meramente catalítico e em estado estável, não se acumulando na estrela.

Ciclo OF[editar | editar código-fonte]

Esta etapa subdominante é significativa somente para estrelas pesadas. As reações são iniciadas quando uma das reações no subciclo CNO-II resulta em flúor-18 e raios gama no lugar de nitrogênio-14 e partículas alfa:

15N + ¹H 16O + γ
16O + ¹H 17F + γ
17F 17O + e+ + νe
17O + ¹H 14N + 4He

Note-se que todos os ciclos CNO têm o mesmo resultado líquido:

4 p → 4He + 2 e+ + 2 νe + γ + 26.8 MeV

Em astronomia[editar | editar código-fonte]

Ainda que o número total de núcleos "catalíticos" do CNO se conserve durante o ciclo, durante a evolução estelar se alteram as proporções relativas dos núcleos. Quando o ciclo chega ao equilíbrio, a proporção de núcleos de 12C/13C chega a 3,5, e o 14N se converte no núcleo mais numeroso, sem importar a composição inicial. Durante a evolução de uma estrela, episódios de mistura convectiva levam material sobre o que tenha operado o ciclo CNO desde o interior da estrela até a superfície, alterando a composição observada da estrela. Se observa que as gigantes vermelhas têm proporções menores de 12C/13C e 12C/14N que as estrelas da sequência principal, algo que se considera como uma prova da geração de energia nuclear nas estrelas por fusão do hidrogênio.

A presença de elementos mais pesados que carbono, nitrogênio e oxigênio coloca um limite superior no tamanho máximo de estrelas massivas em aproximadamente 150 massas solares. Pensa-se que o universo inicial, "pobre em metais" poderia ter tido estrelas de até 250 massas solares sem interferência do ciclo de CNO.[4]

Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. C. F. von Weizsäcker. Physik. Zeitschr. 39 (1938) 633.
  2. H. A. Bethe. Physical Review 55 (1939) 436.
  3. "Introductory Nuclear Physics", Kenneth S. Krane, John Wiley & Sons, New York, 1988, p.537
  4. The First Stars in the Universe and Cosmic Reionization; RICHARD B. LARSON , VOLKER BROMM; SCIENTIFIC AMERICAN; December 2001 www.astro.yale.edu

Ligações externas[editar | editar código-fonte]