Slide 1 - CDCC/USP

Observatório do CDCC - USP/SC
Sessão Astronomia
Mundos habitáveis
A Terra
• No capítulo anterior
apresentamos as teorias atuais
sobre como a vida se originou.
• Mas por que isso aconteceu na
Terra?
• Quais foram as condições que
permitiram o desenvolvimento
da vida no nosso planeta?
Olhando a Terra do espaço
• Espectroscopia:
Presença de água líquida
20% de oxigênio na atmosfera
Moléculas orgânicas
Algum processo deve
regenerar
continuamente as
moléculas orgânicas
Ciclo do Carbono
Estabilidade do clima
• Efeito estufa
fenômeno natural
agravado pela ação
humana
Zona de habitabilidade
• Onde poderia haver água
líquida no Sistema Solar
• Muito perto do Sol, só vapor,
muito longe, só gelo
• Pressão deve ser maior que
a do ponto triplo
Evolução estelar
Como saber sobre a vida das estrelas?
A vida de uma estrela
Nebulosa
Gigante
Vermelha
Supergigante
Vermelha
Protoestrela
Explosão
Nova
Explosão
Supernova
Nebulosa
Planetária
Estrela
Nêutron
Buraco
Negro
Anã
Branca
Remanes.
Supernova
Remanes.
Supernova
Por que uma nuvem de gás se
forma?
Existindo massa,
existe atração
gravitacional
O tempo para
ocorrer a sua
formação é totalmente
incerto, dependendo
de vários fatores...
Nuvem Molecular ou Nebulosa Gigante
Ex.: Saco de carvão
• T ~ -173º C
• R ~ 5 Anos-luz
• dens ~ 10-24
g/cm3
• Tempo para
formação é
indefinido
© T. Credner & S. Kohle, AlltheSky.com
O que desencadeia a contração?
Onda de choque da explosão de uma supernova ou
Nuvem aumenta a densidade ao ser perturbada
pelos braços da galáxia
Protoestrela
Nuvem em
rotação
Ainda não é
uma estrela!
Aquecimento e emissão no Infra-Vermelho
Estrela
H
He
H
Se T > 10 000 000 ºC, começam
as reações de fusão nuclear no
interior da protoestrela:
nasceu a estrela.
Prótons
Hélio
Pósitrons
+
2
E = mxc
Neutrinos
+
+
E se a estrela não
nascer?
Se a massa for menor do que 1%
Ms, nunca atinge 10 000 000 ºC
planetas
reflete luz
Se 1% Ms < Massa < 8% Ms
Anã marrom
Aquecida por energia
gravitacional
Emite no infra-vermelho
Contínuo e lento encolhimento
Equilíbrio
Por que a atração
gravitacional não
colapsa a
estrela?
Partícula
Expansão
térmica
Contração
gravitacional
Ar
frio
Enquanto existir equilíbrio:
Diâmetro  invariável
Chama acesa
90% vida fundindo H  He
Depois de passar 90% de sua vida
fundindo He...
Nebulosa
Protoestrela
Gigante
Vermelha
Supergigante
Vermelha
Explosão
Nova
Explosão
Supernova
Nebulosa
Planetária
Anã
Branca
Estrela
Nêutron
Remanes.
Supernova
Buraco
Negro
Remanes.
Supernova
Por que a gigante vermelha se
forma?
• diminui H no centro ( Contgrav > Expterm  contração )
• continua a contração ao redor do núcleo de He (mas
não ocorre sua fusão) - AQUECIMENTO
• Aquecimento leva à fusão do H em uma camada ao
redor do núcleo, a liberação de energia empurra as
camadas mais externas de H, que expandem e esfriam
(vermelho)
Inicia a expansão
Protoestrela
Estrela...
H

H
He
…
He
H
He

H
He
A Gigante Vermelha Sol
“Explosão” Nova
• Parte da nuvem retorna ao centro (que continua
colapsando) formando um disco de acrescão
• O resto da nuvem se desprega: Nebulosa Planetária
• o núcleo continua colapsando, esfriando lentamente.
(queima resto H na superfície - aquece - branca)
• Só terão fusão de He estrelas próximas do limite
superior de massa
No Sistema Solar
• Há cerca de 4 bilhões de
anos a luminosidade
solar era 70% menor
• Em 800 milhões de anos
a Terra estará fora da
Zona de Habitabilidade
Zona de Habitabilidade atual
Vênus
Fora da Zona de
Habitabilidade
Planeta mais quente
do Sistema Solar, por
causa do efeito estufa
Marte
Dentro da Zona
de Habitabilidade
Pequena gravidade
superficial fez com
que perdesse toda
sua água líquida
E se a estrela for mais massiva.?..
Nebulosa
Gigante
Vermelha
Supergigante
Vermelha
Protoestrela
Explosão
Nova
Explosão
Supernova
Nebulosa
Planetária
Anã
Branca
Estrela
Nêutron
Remanes.
Supernova
Buraco
Negro
Remanes.
Supernova
Supergigante Vermelha
• Semelhante à Gigante Vemelha (diferença: massa)
• diminui H no centro - contração gravitacional
• continua a contração ao redor do He, que está se
fundindo em C (100 000 000 ºC) - AQUECIMENTO
• Aquecimento leva à fusão do He ao redor do núcleo
de carbono, e a energia liberada empurra as camadas
mais externas de H e He, que expandem e esfriam
(vermelho)
Protoestrela
H
Estrela...

H
He
Inicia a expansão
…
He
H
He
C

H
He
•
HRemanescente
H
He
Superg. vermelha
H
He
C
He
C
…

Fe
…
U
Pb
He Supernova
C
O
He
Si
C...
Fe Fe
Supernova
Antes
explosão
1987
• quando temperatura torna-se suficiente, ocorre a
queima do carbono de forma explosiva
(detonação do carbono), e de outros materiais
até deixar um núcleo de Fe
• As camadas mais externas ricocheteiam no
núcleo, sendo ejetadas violentamente
• o núcleo colapsa rapidamente
Estrelas de Nêutrons
•
•
•
•
•
•
4Ms < Massa Estrela < 8Ms
Contração núcleo em torno do Fe que não funde
Pressão gravitacional >> Pressão térmica
Prótons e elétrons se fundem formando nêutrons
Rotação extremamente rápida
Surge intenso campo magnético
• Se eixo magnético
He
C...
Fe
 eixo rotação: PULSARES
Elétrons
•
Nêutrons

Prótons
Nêutrons
Anã Branca x Estrela de Nêutrons
Anã branca:
Uma colher de chá =
1 tonelada!!!
Estrela de Nêutrons:
Uma colher de chá =
1 000 000 000 toneladas!!!!!
Isso seria equivalente à:
Estrela de
Nêutrons
Uma massa de mais ou menos
4 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 kg
comprimida em uma esfera de 20 km de diâmetro
Massa do nosso Sol comprimida em uma esfera
de 5 km de diâmetro
Comprimir a Terra em uma esfera de 100 metros
de diâmetro
Comprimir toda a humanidade em um volume de
um dado!!!
Estrela de
Nêutrons
Gravidade em uma estrela de nêutrons:
100 000 000 000 maior que na Terra
Você pesaria o equivalente a
10 000 000 000 000 kg em uma estrela de
nêutrons
Para levantar uma pena você teria que fazer
uma força 300 000 000 000 maior que aqui na
Terra.
Ou seja, seria a força necessária para
levantar uma massa de 300 000 000 kg aqui na
Terra
Você teria a espessura de um nêutron:
0,000 000 000 000 1 centímetros!!!
Buracos negros
• Massa Estrela > 9 Msol
• Contração contínua
• Deve ocorrer um colapso gravitacional
• Nem a luz escapa!
He
C...
Fe

R ~ 3 km
Mfinal > 3 Ms
densidade
muito grande
Buraco negro
Indícios de sua existência
• Fontes de raios-X (alta
energia necessária)
• Movimento anômalo de
estrelas
Tempo de vida de uma
estrela
Tempo
de
Vida
Anã
Branca
Estrela de
nêutrons
Estrela
Supernova
Peso
Leve
Peso
Médio
(Planeta)
Peso
Pena
0,08
Buraco
Negro
4
Peso
Pesado
8
Massas solares
ZH em outros sistemas
Estrelas muito grandes:
tempo de vida muito curto
Estrelas muito pequenas: pouca
luminosidade
Planetas teriam que ser muito
próximos e sofreriam fortes efeitos
de maré
Um lado muito quente e o outro
muito frio, a menos que a atmosfera
seja bem densa
Efeitos de Maré
Corpo pequeno orbitando
outro grande
Tamanho do bojo depende
das massas, da distância e
do material
Tendência a sincronizar o período de rotação e translação,
e tornar a órbita circular
ZH Galáctica
• Região com poucas
supernovas
Alta metalicidade
Vida complexa leva
4±1 bilhões de anos
para se desenvolver
Na Via Láctea:
Faixa de 7 a 9 kpc do centro da nossa galáxia
Resumo
Observador externo encontraria indícios de vida na Terra:
• água líquida
• fonte ativa de compostos de carbono na atmosfera
Ciclo do carbono e efeito estufa
• Zona de Habitabilidade Solar
regiões onde há água líquida
Vênus fica fora, a Terra e Marte dentro
• Zona de Habitabilidade Galáctica
Supernovas e metalicidade