Oficina dos Observatórios Virtuais – dezembro/2003

Oficina dos Observatórios Virtuais – dezembro/2003
Atividade 5
AS CORES DAS ESTRELAS: UM NOVO ENFOQUE
Introdução
Esta atividade é semelhante à que foi realizada no encontro de
julho no INPE, mas com algumas diferenças e complementações. Uma
delas é com relação às imagens analisadas: estas foram obtidas no
Miniobservatório Astronômico do INPE, com um dos telescópios do
Projeto Observatórios Virtuais. Além disso, nesta atividade é
enfocada com mais detalhes a comparação entre as cores de algumas
estrelas ou, mais precisamente, entre os seus índices de cor,
realizando procedimentos que fazem parte da rotina utilizada pelos
astrônomos para extrair informações das imagens dos objetos
celestes.
Aqui são revistos os conceitos de magnitude e de cor das estrelas,
através da determinação dos seus índices de cor e da sua
localização no diagrama cor-magnitude.
As etapas que serão trabalhadas nesta atividade são:
a) Cálculo das magnitudes relativas de algumas estrelas
selecionadas nas imagens. Essas magnitudes são calculadas em
relação a uma estrela tomada como padrão.
b) Determinação dos índices de cor, em relação à estrela padrão.
Esses índices de cor representam uma indicação da cor das
estrelas.
c) Localização das estrelas analisadas no diagrama cor-magnitude.
Antes de realizar a atividade, devem ser revistos os conceitos
abordados, os quais estão descritos a seguir:
Magnitude estelar
A magnitude é utilizada pelos astrônomos para exprimir o brilho
dos objetos celestes na faixa da luz visível. A sua definição tem
origem histórica e está baseada na resposta logarítmica do olho
com relação aos estímulos luminosos. Desses dois fatos, decorre a
fórmula abaixo, que define a magnitude de um objeto celeste.
magnitude = -2,5 log(Fluxo da estrela) + constante
O fluxo da estrela é uma medida do seu brilho e, portanto, a
magnitude também mede o brilho da estrela.
Para saber o quanto uma estrela A é mais brilhante do que uma
estrela B, podemos medir a razão entre os seus fluxos. Pela
propriedade dos logaritmos, a razão entre os fluxos das duas
estrelas equivale à diferença entre as suas magnitudes:
magnitudeA – magnitudeB = -2,5 log(FluxoA / FluxoB)
(1)
Cor e Temperatura
Ao olharmos o céu estrelado, podemos notar que nem todas as
estrelas são da mesma cor. Algumas são brancas, outras são
alaranjadas, ou mesmo azuladas.
Em 1893 Wilhelm Wien descobriu que o comprimento de onda da
radiação emitida por um corpo negro é inversamente proporcional à
sua temperatura. Como o comprimento de onda do azul é menor que o
do vermelho, à medida que a temperatura dos corpos aumenta, sua
cor tende a mudar na direção do vermelho para o azul. Podemos
verificar esse fato quando aquecemos uma barra de ferro, por
exemplo.
As estrelas podem ser consideradas um corpo negro com boa
aproximação. As estrelas azuis são mais quentes do que as
alaranjadas ou vermelhas.
Assim, se medirmos o fluxo de uma estrela em dois filtros
diferentes, podemos avaliar a sua cor e a temperatura na sua
superfície. A figura abaixo ilustra o que foi dito:
Diagrama ilustrativo do espectro de duas estrelas, com a medida dos fluxos na região do azul (B) e do
vermelho (R) . A estrela de cima emite mais no azul do que no vermelho e, portanto é mais quente do que a
de baixo, que emite mais no vermelho do que no azul. A estrela de cima é mais azulada, e a de baixo é mais
avermelhada.
O pico do espectro de uma estrela está relacionado com a sua cor e
temperatura.
Índice de Cor
Para estimar a temperatura das estrelas, os astrônomos utilizam o
índice de cor, que é a razão dos fluxos medidos com filtros em
diferentes comprimentos de onda.
Se as cores das estrelas puderem ser medidas com precisão, com
filtros e fluxos bem calibrados, então as temperaturas em suas
superfícies poderão ser deduzidas.
Este não é o caso das imagens que estão sendo utilizadas nesta
atividade. Aqui, vamos somente comparar as cores e temperaturas,
utilizando imagens obtidas com dois filtros diferentes, um na
banda do azul (filtro B) e outro na banda do vermelho (V).
Atividade
Objetivos: entender o processo básico de análise de imagens
astronômicas digitais e estabelecer comparações entre as cores,
temperaturas e brilho de algumas estrelas selecionadas.
Procedimentos
Nesta atividade são utilizadas imagens do aglomerado globular de
estrelas de número NGC 6838, obtidas com os filtros B (azul) e R
(vermelho), que fazem parte do pacote instrumental fornecido pelo
Projeto Observatórios Virtuais.
As magnitudes serão determinadas em relação à estrela padrão, cuja
magnitude é assumida como sendo zero, para efeito de comparação.
1) Abrir a imagem no filtro B.
2) A partir da carta do aglomerado, identificar na imagem as 4
estrelas selecionadas para análise, e a estrela padrão.
3) Medir as Contagens líquidas (estrela – céu), para cada uma das
estrelas selecionadas e a estrela padrão. Colocar os resultados na
Tabela 1.
4) Medir a magnitude de cada estrela selecionada em relação à
estrela padrão, utilizando a fórmula (1), transcrita abaixo:
magnitudeestrela = -2,5 log(Contagemestrela / Contagempadrão)
Colocar os resultados na Tabela 1.
5) Abrir a imagem no filtro R.
6) Repetir os procedimentos 2 a 4 para a imagem no filtro B.
Colocar os resultados na Tabela 1.
7) Calcular os índices de cor B – R de cada estrela:
B – R = magnitude (B) – magnitude (R)
Colocar os resultados na Tabela 1.
8) Identificar as estrelas no diagrama cor-magnitude abaixo:
Tabela 1
Estrela
padrão
Estrela 37
Estrela 60
Estrela 86
Estrela 88
Contagens
em B
Contagens
em R
Magnitude
em B
Magnitude
em R
Índice de
cor
Questões
1) Nomear as estrelas em ordem crescente de magnitude em B.
2) Nomear as estrelas em ordem crescente de magnitude em R.
3) Nomear as estrelas em ordem de índice de cor, indo do azul para
o vermelho.
4) Supondo que as 4 estrelas selecionadas pertençam ao aglomerado,
isto é, estejam à mesma distância de nós, nomeá-las por ordem
crescente de temperatura. A estrela padrão não pode ser
incluída nessa seqüência, pois não pertence ao aglomerado.
5) Sabendo que o brilho ou magnitude de uma estrela depende não só
da sua temperatura, mas também do seu tamanho, responda às
questões:
a) As estrelas 37 e 60 têm índices de cor semelhantes. Qual delas
é maior?
b) Igualmente para as estrelas 86 e 88. Qual delas é maior?