Conteúdo: Nascimento Estelar

A bertura do Setor de Astronomia - CDCC
Sessão Astronomia
Tema: Evolução estelar
Por Adalberto Anderlini de Oliveira
Introdução
O que são estrelas?
São imensas bolas
de gás, e o seu
brilho indica que elas
estão perdendo
energia...
Como estudá-las?
Introdução
O que faz as estrelas evoluírem
de maneira diferente?
A MASSA!!!
Por quê?
Porque assim como nos
seres humanos, elas transformam
matéria em energia.
Introdução
Se as estrelas têm massa,
essa surgiu de algum lugar. Isso quer
dizer que elas nascem?
Sim, elas coletam
essa massa de grandes nuvens…
E digo mais: elas
nascem, vivem e morrem!
MORREM???
A vida de uma estrela
Nebulosa
Gigante
Vermelha
Supergigante
Vermelha
Protoestrela
Explosão
Nova
Explosão
Supernova
Nebulosa
Planetária
Anã
Branca
Estrela
Nêutron
Remanes.
Supernova
Buraco
Negro
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
Nascimento
Estelar
• Saco de carvão
• Nebulosa da águia
• T ~ -173º C
• R ~ 5 Anos-luz
• dens ~ 10-24 g/cm3
© T. Credner & S. Kohle, AlltheSky.com
• Tempo para
formação é
indefinido
Por que uma protoestrela se forma?
• 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
• Aquecimento e emissão no Infra-Vermelho
Por que uma protoestrela se forma?
• Rotação
• Com o aquecimento, começa a emitir no
visível
• Ainda não é uma estrela !!!
Protoestrela
• Proto = Anterior
• Na Nebulosa da Águia
• Tsuperf ~ 1 000 ºC
• R = 500 U.A.
(10 x Rórbplutão)
• 1Ms < M < 60 Ms
• Depois de ~100 000 anos da
formação da nebulosa
A partir de quando eu considero uma estrela?
H
Se T > 10 000 000 ºC, começam as
reações de fusão nuclear no interior
da protoestrela: nasceu a estrela.
Prótons
Hélio
Pósitrons
+
E=
2
mxc
H
He
Neutrinos
+
+
• Só se a massa for maior que 8% Ms
• Rodeada por gases e poeiras
residuais
possíveis planetas
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
Nascimento Estelar
Aglomerados abertos formamse a partir de uma nebulosa
Estrelas do aglomerado:
• Mesma Idade (20 milhões anos)
• Mesma distância de nós
• Mesma composição química
• Massas diferentes
Estrela
Por que a
atração
gravitacional
não colapsa a
estrela?
Ar
frio
Enquanto
Partícula
Expansão
térmica
existir equilíbrio:
• Diâmetro  invariável
• 90% vida fundindo H  He
Chama acesa
Contração
gravitacional
Depois de passar 90% de sua vida fundindo He...
Nebulosa
Gigante
Vermelha
Supergigante
Vermelha
Protoestrela
Explosão
Nova
Explosão
Supernova
Nebulosa
Planetária
Anã
Branca
Estrela
Nêutron
Remanes.
Supernova
Buraco
Negro
Remanes.
Supernova
Estrela com 0,08Ms < Massa < 4Ms
• Sol
• T = 5 800 º C
• R ~ 70 000 km
• M ~ 300 000 Mterra
• Fusão de H durante
10 bilhões de anos
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)
Protoestrela
H
Estrela...

H
He
Inicia a expansão
…
He
H
He

H
He
A Gigante Vermelha Sol
Terra
R=750.000 km
d = 150.000.000 km
d = 150.000.000 km
Hoje
Num futuro muito distante
( 4,5 bilhões de anos )
Gigante Vermelha
• Ex.: Aldebaran
• T = 4 000 º C
• R ~ 40 Rs
• M ~ Ms
• tduração: 1 000 000 anos
“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 Nebulosa
He estrelas próximas do limite
superior de massa
Planetária
Nebulosa Planetária
Gigante vermelha
He
HeHe
H H
H
H H
He He
H
He
Nebulosa Planetária e Anã Branca
(Girassol)
•Exs.:
Tanã ~Helix
200 000
ºC
e Nebulosa do Anel
•em
RanãLyra
~ RTerra
• Ma < 1,4 Ms Mn ~ 0,2 Ms
• Depois de 10 000 anos da
formação da Gigante
Vermelha
• O brilho se perde em
questão de meses
• Vel. Expansão = 20 km/s
• Rn ~ 20 000 U.A.
• Tn ~ 10 000 ºC
Entretanto, 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
Estrela com Massa > 4Ms
• Ex: Riguel
Por que a Supergigante Vermelha se forma?
• 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
Supergigante Vermelha
• Ex.: Antares
• T = 3 000 º C
• R > 1 000 Rs (Júpiter)
• M ~ 50 Ms
Por que ocorre a explosão em Supernova?
• 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
Ainda
bem!!!
• As camadas
mais
externas ricocheteiam
no núcleo,
HRemanescente
sendo ejetadas violentamente
He Supernova
H
• o núcleo colapsa rapidamente
C
He
Superg. vermelha
H
He
C
He
C
…

Fe
…
U
Pb
O
Si He
C...
Fe Fe
Explosão Supernova
• T = 1 000 000
ºC
Exs.:000
1987A
(em LMC)
• M da estrela era ~ 20 Ms
e Caranguejo (em Touro)
• Seu
brilho
estingüe
em ~1 ano
1 000
000se
000
Luminosidade
sol
• Vel = 500 km/s(matéria ejetada)
Antes
explosão
1987
1994
Por que a estrela de nêutrons se forma?
•
•
•
•
•
•
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!!!!!
Estrela de Nêutrons
Isso seria equivalente à:
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!!!
Estrela de Nêutrons
• Tsup = 50 000º C
• R < 20 km
• 1,4 Ms < Mest.nêutron < 3 Ms
• dens ~1014 g/cm3
• Período pulso ~ 1seg
Por que um buraco negro se forma?
• Massa Estrela > 9 Msol
• Contração contínua
• Deve ocorrer um colapso gravitacional
• Nem a luz escapa!
• R ~ 3 km
He
C...
Fe
• Mfinal > 3 Ms

• densidade muito
grande
Buraco negro
Indícios de sua existência
• Fontes de raios-X (alta
energia necessária)
• Movimento anômalo de
estrelas
E para se tornar um Buraco Negro?
R=?
Raio
Massa
Massa (kg)
Asteróide
1018
Terra
6x1024
Sol
M = 2x1030
Estrela Pesada
10 M
Galáxia
1011 M
Universo
?
?
Raio
10-9 m
1 cm
3 km
30 km
0,03 AL
?
Densid.
1041
1027
1016
1014
10-6
?
Sol
1 400 000Km
Anã Branca
15000Km
Beteugeuse
1 400 000 000 Km
Estrela de Nêutrons
20Km
Buraco negro
15Km
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
Importantes: massa e equilíbrio hidrostático
Nebulosa
Gigante
Vermelha
Supergigante
Vermelha
Protoestrela
Explosão
Nova
Explosão
Supernova
Nebulosa
Planetária
Anã
Branca
Estrela
Nêutron
Remanes.
Supernova
Buraco
Negro
Remanes.
Supernova
?¿?
Pergunta
s ?¿?
!¡!
Resposta
s !¡!
Dentro do possível
dúvidas sugeridas
1. Como é que tem Urânio, Ferro, entre outros
elementos pesados na Terra, se o Sol ainda não
explodiu; e, mesmo quando morrer não formará
elementos além do carbono?
2. Posso ir até um buraco negro?
3. E o que são buracos brancos?
4. E o que são quasares?
5. E o que são hipernovas?
6. Por que o título da palestra é morte e vida no
universo, você é parente do João Cabral?
Dois Excertos de Odes (Álvaro de Campos)
“Vem, Noite antiquíssima e idêntica,
Noite Rainha nascida destronada,
Noite igual por dentro ao silêncio, Noite
Com as estrelas lentejoulas rápidas
No teu vestido franjado de Infinito.”
…
“Vem soleníssima,
Soleníssima e cheia
De uma oculta vontade de soluçar,
Talvez porque a alma é grande e a vida pequena,
E todos os gestos não saem do nosso corpo
E só alcançamos onde o nosso braço chega,
E só vemos até onde chega o nosso olhar.”
...
Referências e Agradecimentos
Livros:
• Introdução à estrutura e Evolução Estelar - Walter J. Maciel
• A workbook for astronomy - Jerry Waxman
• Compendium of Pratical Astronomy (Vol. 3 - Stars and Stellar
Systems) - Springer-Verlag
• Astronomia e Astrofísica - Kepler de Souza Oliveira Filho e Maria
de Fátima Oliveira Saraiva
• How the Universe works - Heather Couper e Nigel Henbest
Referências na Internet:
http://www.iag.usp.br/geofisica
http://geocities.yahoo.com.br/
http://astro.nfist.ist.utl.pt/astrofisica/
planeta.terra.com.br
Agradecimentos:
Wilton S. Dias (Pelas Dicas)
Valter Líbero (Por mais dicas)
Roberto Boczko (Pela didática)
Animações
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