Apresentação do PowerPoint

Universidade Federal do ABC
Yuri Fregnani
e-mail: [email protected]
Ensino de Astronomia UFABC
Aula: Matéria Interestelar e Estrelas I
Como seria o céu noturno sem poluição atmosférica e luminosa - Thierry Cohen - Tokyo 35° 41' 36'' N 2011-11-16 Lst 23:16
http://thierrycohen.com/pages/work/starlights.html#
O Meio Interestelar
O Meio Interestelar
• A importância de se conhecer o meio interestelar, o meio entre as
estrelas, é que nele é onde se formam e nascem as estrelas, e é
para onde retorna os elementos químicos criados por elas.
• O meio interestelar é feito de:
1% de Poeira Interestelar
+
99% de Gás Interestelar
• Esse meio interestelar compõe entre 10% a 15% da matéria visível
da nossa galáxia.
Esculturas da poeira na nebulosa Roseta
Imagem: Ignacio de la Cueva Terregrosa
O Meio Interestelar
• A temperatura no meio interestelar varia de
poucos kelvin até milhares de kelvin, a depender
da distância de estrelas ou fontes de radiação.
• Em zonas escuras, sem estrelas próximas, a
temperatura média é de 100 K ou -173,2 °C.
• Como comparação, a menor temperatura já
registrada na Terra, foi na Antártida em 2010,
quando foi registrado -93 °C.¹
¹ http://www1.folha.uol.com.br/ambiente/2013/12/1383806-antartida-registra-menor-temperatura-da-historia.shtml
O Meio Interestelar
• As galáxias são completamente cheias pelos gás e poeira do meio
interestelar. Porém, a densidade desse meio é extremamente baixa.
• A densidade média do meio interestelar é de:
Gás: 1 átomo por cm³
Poeira: 1 partícula para cada trilhão de átomos
• Para termos uma ideia o ar possui 3 × 1019 átomos/cm³.
• Esses materiais são tão finos que se juntássemos todo o gás e
poeira do meio interestelar contido em uma esfera do tamanho da
Terra, ele caberia dentro de um dedal.
Do que é feito o Meio Interestelar?
• A composição química do gás interestelar é
bastante simples, sendo distribuído em:
90% Hidrogênio
9% Hélio
1% Elementos pesados (C, O, Si, Mg, Fe)
• O gás compõe 10% da massa visível da Via
Láctea.
Do que é feito o Meio Interestelar?
•
Em oposição, a composição da
poeira interestelar ainda é pouco
conhecida, mas há indícios de que
seja formada pelos mesmos
elementos pesados do gás, mais
“gelo sujo”, que é uma mistura
congelada de água com amônia,
metano e outros componentes.
•
Os grãos possuem um diâmetro
que varia entre 0.1 a 1 μm. O
cabelo humano chega a ser 80
vezes mais grosso, variando entre
18 e 80 μm.
•
Essa poeira interestelar constitui
0,1% da massa da Via Láctea.
Do que é feito o Meio Interestelar?
• A poeira interestelar também desempenha o
importante papel de proteger o gás da
radiação.
• Os grãos de poeira aumentam a taxa de
formação de moléculas, como o H2 , que ao se
formar libera energia, esquentando o grão de
poeira.
O Meio Interestelar
• O gás e a poeira do meio interestelar não
ficam apenas parados, eles podem se
aglomerar.
• Quando isso acorre, surgem novas estruturas
com novas características.
• A essas estruturas, damos o nome de Nuvens
Interestelares.
Nuvens Interestelares
Nebulosas e Nuvens Moleculares
Nebulosa Cabeça de Cavalo
Distância da Terra: 1.500 anoluz
Descobrimento: 1800
A imagem é uma combinação digital de imagens tiradas
em azul, verde, vermelho, e uma imagem feita em luz
infravermelha pela órbita do telescópio espacial Hubble.
Crédito: Aldo Mottino & Carlos Colazo, OAC, Córdoba; Infrared: Hubble Legacy Archive
28 de Julho de 2014 - http://apod.nasa.gov/apod/ap140728.html
Nebulosas
• As nuvens de gás e poeira fazem com o que as estrelas
vistas através delas aparentem ter um brilho mais
avermelhado.
• Por conta desse efeito na luz, que consegue atravessar
mais ou menos as nuvens, classificamos as nebulosas em
dois tipos:
• Nebulosas de Emissão e Nebulosas de Poeira.
• Ambas são formadas pelo aglomerado de poeira e gás no
meio interestelar, porém possuem algumas características
próprias.
Nebulosas de Emissão
Nebulosas de Emissão
• Nebulosas de Emissão são extremamente raras, representando
apenas 1% das nebulosas existentes.
• Esse tipo de nebulosa brilha através da emissão de radiação.
• Elas possuem ao menos uma estrela muito brilhante recémformada em seu interior, produzindo radiação UV.
• Essa radiação vinda da estrela, faz com que o gás em sua volta se
ionize, fazendo com o que o gás passe a emitir luz visível, o que
torna a nuvem brilhante.
• A temperatura nesse tipo de nebulosa pode chegar até 8000 K
próximo a estrela.
Nebulosa de Emissão em Cepheus
Imagem: Digitized Sky Survey, ESA/ESO/NASA FITS Liberator - 5 de agosto 2012
Nebulosa Pata de Gato – Nebulosa de emissão
Brilha em vermelho devido ao Hidrogênio ionizado.
Imagem: Roberto Colombari and SONEAR Obs.; Color data: Robert Gendler & Ryan
Hannahoe - 18 de Junho de 2014
Nebulosas de Poeira
Nuvens de Poeira
Nebulosas de Poeira
• Também chamadas de Nebulosas Escuras
representam 99% das nebulosas existentes.
• São regiões bastante escuras do espaço
interestelar, uma vez que a luz não consegue
ultrapassá-las.
• Sendo muito mais frias que as nebulosas de
emissão, são também mais densas, cerca de 10³ a
106 vezes mais. Possuem uma média de 1000
átomos/cm³.
Nebulosas de Poeira
• A maioria das nebulosas de poeira tem um tamanho
maior que o nosso sistema solar.
• Apesar do nome, a nebulosa é constituída
principalmente de gás, assim como o meio interestelar.
• O nome vem do fato de que a absorção da luz ocorre
devido à poeira existente na nuvem.
• Essas nebulosas
irregulares.
costumam
apresentar
formas
Nuvem Molecular Barnard 68
Como é feita a observação das
nebulosas?
• No caso das nebulosas de emissão, podemos
detectar a luz que emitem.
• Esse tipo de detecção nem sempre é possível,
seja pela bloqueio da luz por algum motivo ou
no caso das nebulosas de poeira.
• Nesses casos, existe outro modo.
Como é feita a observação das
nebulosas?
• O método utilizado para detectar as
nebulosas que não emitem luz visível, é
procurarmos pela emissão em outros
comprimentos de onda.
• A luz utilizada é na faixa dos 21 cm. Essa luz é
emitida pelo H contido na nebulosa.
Nuvem Molecular Barnard 68 vista através do Infravermelho
Nuvens Moleculares
Orion Nebula: The Hubble View
Nuvens Moleculares
• Nuvens moleculares, como o nome indica, são
compostas predominantemente de moléculas,
mas ainda se encontra poeira e gás
interestelar nelas.
• São muito maiores do que as nebulosas de
emissão e possuem uma alta densidade,
podendo atingir 10¹² moléculas/m³.
Nuvens Moleculares
• Algumas vezes, a detecção por luz visível das
nuvens moleculares não é possível e, como
contém somente hidrogênio na forma de H2 ,
não se pode detectar por ondas de rádio.
• Para estudarmos essas nuvens, procuramos
por outras moléculas presentes, como CO,
ácido cianídrico (HCN), H2 O e amônia (NH3 ).
Nuvens Moleculares
• Essas outras moléculas são bilhões de vezes menos abundantes que
o H2 dentro das nuvens moleculares, porém, são muito
importantes para determinarmos a estrutura a as propriedades
físicas das nuvens.
• Com o estudo dessas moléculas, é possível concluir os seguintes
resultados:
• Nuvens moleculares nunca estão isoladas;
• Estas formam complexos de até 50 pc de extensão;
• Elas contêm gás suficiente para formar milhões de estrelas como o
Sol;
• Existem aproximadamente 1000 destes complexos em nossa
Galáxia.
Nuvens Moleculares
• Nuvens moleculares são estruturas muito
importantes para a evolução do Universo.
• Elas são responsáveis pelo nascimento de
planetas e outros corpos celestes.
• É nelas também que surgem um dos corpos
celestes mais interessantes, as estrelas.
O que são estrelas?
O que são estrelas?
Dicionário:
“Estrela é um astro que tem luz e calor próprio e que
apresenta um brilho cintilante; nome comum aos
astros luminosos que mantêm praticamente as
mesmas posições relativas na esfera celeste, e que,
observados a olho nu, apresentam cintilação.”
Essa é uma definição realmente
precisa?
O que são estrelas?
São esferas massivas e brilhantes de
gás quente, mantidas íntegras pela
gravidade.
Para se manterem vivas, usam como
fonte de energia a fusão nuclear em
seu interior.
Nascem pela contração de uma nuvem
de gás interestelar.
imagens: http://www.redorbit.com/media/gallery/european-southernobservatory-eso/116_bb5542e1066aaa8ce79904fe5e285e34.jpg
Vídeo: Let’s talk about size
https://www.youtube.com/watch?v=Nx1PhtMM2zAn
A vida das estrelas
Como nascem, vivem e morrem
O Nascimento
O Nascimento
• Tudo começa com uma nuvem de poeira,
moléculas e gás, chamada Nuvem Molecular
Gigante. Elas são os “berçários” das estrelas.
• Nesse ambiente, existem tantas moléculas e
poeira, que a força gravitacional acaba atraindo-as
para perto uma das outras.
• Quanto mais poeira e mais moléculas se juntam,
maior é essa força e mais massa vai se
acumulando.
Nebulosa M16 - Pilares da Criação
Os pilares, nuvens com cerca de 7 mil
anos-luz de altura, é um exemplo de
Nuvem Molecular Gigante.
Crédito: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScl / AURA)
Também
conhecida
como
Nebulosa
da
Águia, é uma das
imagens mais famosas
do Telescópio Hubble.
Foi tirada em 1995.
Essa imagem mostra
apenas o espectro visível
O Nascimento
• A nuvem de gás e poeira é distorcida,
perturbada e fragmentada em nuvens
menores pela gravidade, que começa a agir
devido ao acumulo de matéria.
O Nascimento
•
Cada fragmento
pode seguir um
destino diferente
a depender de
sua massa.
•
A
gravidade
começa a forçar a
nuvem para um
único
ponto,
aumentando
a
temperatura do
gás.
O Nascimento
• O gás colapsa
e começa a
girar
e
achatar,
ficando em
formato de
disco.
O Nascimento
• O disco começa a girar cada vez mais rápido atraindo mais material
a sua volta, criando um núcleo denso e quente, chamado de
Protoestrela. Nesse estágio, a protoestrela ainda não é visível
devido a estar dentro da nuvem de gás.
•
Esse processo demora cerca de ~𝟏𝟎𝟔 anos. O disco protoestelar é
o local de formação de possíveis planetas.
Disco protoestelar na Nebulosa de Orion – 29 de dezembro de
1993
Imagem: CR O'Dell / Rice University; NASA
http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/1994/24/image/b/
O Nascimento
Jato Bipolar
• Os jatos bipolares afastam
a nuvem que encobria a
protoestrela. É possível vêla agora.
• Esses jatos ocorrem devido
a grande aceleração da
massa que é atraída pela
estrela. Essa massa chega a
velocidades
suficientes
para serem ejetadas pelos
polos da protoestrela.
• Podem perturbar outras
nuvens moleculares dando
origem a novas estrelas.
Jato Bipolar
O Nascimento
Nesse ponto, a
protoestrela já
está quente o
suficiente para
começar a fusão
de átomos de
hidrogênio,
criando hélio e
energia.
A
estrela nasce.
O Nascimento
• Bilhões de anos depois, a estrela morrerá. O processo de
morte e o que vem depois disso, depende, basicamente,
da massa que a estrela acumulou em sua formação.
Porque a nuvem molecular colapsa?
•
Sabemos que a nuvem é formada de poeira + moléculas + gás e, em geral, elas
estão em equilíbrio hidrostático.
•
Para que o colapso ocorra, as nuvens devem sofrer algum tipo de perturbação
externa. Essas perturbações podem ser:
Supernovas;
Colisões com outras nuvens;
Ondas de radiação de outras estrelas;
Mudanças aleatórias que produzem regiões de maior densidade.
•
•
•
•
•
Uma grande nuvem molecular passa por dois processos antes de formar uma
estrela:
1) Fragmentação: a nuvem se fragmenta em pedaços menores com densidades
médias maiores.
1)
Contração (colapso): fragmentos se tornam instáveis gravitacionalmente e
colapsam, formando estrelas.
Condições para o colapso gravitacional
Sir James Jeans
• Se a temperatura T é grande, a nuvem é muito
quente, o que impede de haver o colapso.
• Se a densidade é grande, a gravidade é maior,
portanto uma massa menor é necessária.
Porque a nuvem molecular colapsa?
Na próxima aula
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•
•
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Evolução estelar
Tipos de estrelas
Como vivem as estrelas
Como morrem as estrelas
BÔNUS
Fotos de nebulosas
Nebulosa da Galinha Fugitiva
Nebulosa do Olho de Gato
Nebulosa Lagosta
Nebulosa Esquimó
Nebulosa de Clownface - Cara de Palhaço
Nebulosa Homúnculos - Homenzinhos
Nebulosa Keyhole - Carina
Nebulosa Bola de Neve Azul
Nebulosa Pelo de Raposa
Nebulosa Red Square - Quadrado Vermelho
Links Interessantes
• Nebulosa de Orion em resolução 4K:
https://www.youtube.com/watch?v=SnnJg0jqr8A
• Galeria da NASA com fotos de nebulosas:
http://nssdc.gsfc.nasa.gov/photo_gallery/photogalleryastro-nebula.html
• 10 nebulosas com nomes curiosos:
http://super.abril.com.br/galerias-fotos/10-nebulosasnomes-curiosos-737693.shtml#7
Obrigado!