Porque as estrelas brilham?

NGC 3603, localizada a 20 mil anos-luz no chamado braço Carina da nossa galáxia. Essa nebulosa é iluminada por jovens estrelas que estão nascendo.

O Sol brilha a muitos milhões de anos, para ser mais exato, a uns 4,5 bilhões de anos. A fonte de energia do Sol e das demais estrelas do Universo era um mistério para os cientistas, somente em 1938 é que Hans A. Bethe (2 julho de 1906 – 6 de março de 2005, Nobel de Física em 1967, ver uma biografia dele aqui) descreveu em detalhes como funcionava a misteriosa fonte de energia que faz o Sol brilhar. O artigo foi publicado em março de 1939, a figura abaixo mostra o trecho inicial do trabalho.

Parte da primeira página do artigo de H. Bethe. Fonte aqui.

Antes da descoberta da fusão nuclear e, antes disso, do núcleo atômico e da radioatividade, os cientistas não tinham como saber de onde vinha a fonte de energia das estrelas. Muitas possibilidades tinham sido levantadas e descartadas para explicar o calor do Sol: queima (química) de combustívies (o Sol iria brilhar por uns 10.000 anos) e contração devido a força da gravidade (daria para fazer o Sol emitir luz e calor por dezenas de milhões de anos), foram as principais.

A fonte de energia do Sol provém da fusão nuclear, quando dois núcleos menores formam um núcleo maior. A massa de quatro prontos é igual 4,0324 u  (u = unidade de massa atômica = 1,66057.10 ^-27 kg), enquanto a massa de um núcleo de hélio é igual a 4,0039 u. A diferença entre essas massas é a energia de ligação. Essa massa "perdida" - 0,7% - é a fonte de energia e pode ser calculada pela famosa equação de Einstein: E = Δm.c². Contudo, existe um detalhe: somente a pressões e temperaturas muito altas os protons conseguem vencer a repulsão elétrica e formar um núcleo maior, com a liberação de energia.

Hans Bethe mostrou que, no caso do Sol, cuja temperatura no centro é cerca de 8 milhões de graus centígrados, predomina o chamado ciclo proton-proton (4H → He + e⁺ + neutrinos +  raios gama):

Ciclo proton-pronto: geração de Hélio e energia. Figura original aqui.

Em estrelas maiores, com o núcleo mais quente, o ciclo carbono é uma fonte de energia mais importante:

Ciclo carbono: geração de Hélio e energia. Figura original aqui.

Para saber mais, ler, por exemplo, ASTRONOMIA E ASTROFÍSICA - KEPLER DE OLIVEIRA, MARIA DE FATIMA SARAIVA. Editora Livraria da Fisica.