Sistemas Binários e Buracos Negros - Instituto de Física

Sistemas Binários e Buracos
Negros
– Seminário 3 –
Joseana Souza da Silva
Paula Adriana Ramos da Silva
Viviane Aparecida Cunha
William Douglas dos Reis
Porto Alegre
Novembro, 2013
Sumário
I. Introdução
II. Sistemas Binários
1. Conceituação
2. Classificação
a)
b)
c)
d)
Sistema binário aparente
Sistema binário visual
Sistema binário espectroscópico
Sistema binário eclipsante
III. Buracos Negros
1. Conceituação
2. Origem
IV. Refererências
I. Introdução
 Desde o séc. XVI, o campo da astronomia tem sido
guinado com a revolução heliocêntrica e a gravitação
universal; no alvorecer do séc. XX, a física relativística
de Einstein e de outros percussores abalou o mundo
macroscópico e o quântico . A trabalho a seguir
expõe uma possível aplicação da mecânica clássica,
da gravidade com o fator massa – de Brahe, Kepler e
Galileu – e do que há mais estranho na “mecânica
celeste” do nosso século, a gravidade com o fator
espaço-tempo – os buracos negros.
II. Sistemas Binários
Figura 1 – Concepção artística de um sistema binário eclipsante
1. Conceituação
 Quando há um sistema estelar, no qual há duas
estrelas orbitam-se entre si, ou melhor, um centro de
massa em comum (CM), denomina-se sistema binário.
Animação 1 –Estrela binária de massas semelhantes.
1. Conceituação (cont.)
 Além de sistemas duplos, pode-se encontrar sistemas
múltiplos (HETEM, PEREIRA & OLIVEIRA, 2010)
Figura 2 – Concepção artística de um sistema
triplo chamado HD1888753.
1. Conceituação (cont.)
1669
1783
1804
1827
1889
1908
Geminiano
Montanari
(1632-1687)
John
Goodricke
(1764-1786)
William
Herschel
(1738-1822)
Felix Savary
(1797-1841)
Edward C.
Pickering
Edwin B.
Frost
(1846-1919)
(1866-1935)
Antonia C. P.
P. Maury
Friedrich W.
H.
Ludendorff
(1873-1941)
(1886-1952)
1. Conceituação (cont.)
 Através das leis da gravitação universal é possível
deduzir uma série de importantes parâmetros
estelares, tais como massa, raio, temperatura
superficial, período de rotação, etc.
Figura 3 – Extraído de HETEM, PEREIRA & OLIVEIRA, 2010, p. 105.
1. Conceituação (cont.)
 Denomina-se primária a estrela mais brilhante do par
e secundária, menos brilhante.
Figura 4 – Binárias Albireo, da constelação de Cygnus.
2. Classificação
 De acordo com as autoras Hetem, Pereira & Oliveira
(2010, p. 103),
os diferentes tipos de binárias são identificados de acordo com
suas características físicas e por motivos observacionais,
classificando-as em binárias aparentes, visuais, astrométricas,
espectroscópicas e eclipsantes.
Animação 2 – Binárias Algol B orbitando Algol A.
2. Classificação (cont.)
 Binárias Aparentes : quando não formam um sistema
ligado, pois estão a diferentes distâncias do Sol,
aparentemente constituem um par.
Figura 5 – Aglomerado de estrelas Caixa de Joias.
2. Classificação (cont.)
 Binárias Visuais: formam um sistema ligado que pode
ser identificado com um telescópio, observando-se a
separação entre as duas estrelas.
Figura 6 – Binárias Sirius A e Sirius B.
2. Classificação (cont.)
 Binárias Espectroscópicas: conforme os astrônomos
Oliveira Filho & Saraiva (2013, p. 182), “quando a
natureza binária da estrela é conhecida pela variação
de sua velocidade radial”, ou seja, o afastamento ou a
aproximação (“efeito Doppler”), “medida através das
linhas espectrais da estrela, que variam em
comprimento de onda com o tempo”.
Figura 7 – Espectroscopia.
2. Classificação (cont.)
Figura 8 – Estrelas Binárias espectroscópicas
2. Classificação (cont.)
Animação 3 – Disponível em:
http://csep10.phys.utk.edu/astr162/lect/binaries/spectroscopic.html
2. Classificação (cont.)
 Binárias Eclipsante: “quando a órbita do sistema está
de perfil para nós, de forma que as estrelas eclipsam
uma à outra” (OLIVEIRA FILHO & SARAIVA, 2013, p.
183).
Figura 9 – Sistema binário eclipsante Algol.
2. Classificação (cont.)
 Binárias Eclipsante:
“Esta sequência zoom começa com uma imagem de grande angular
do céu austral, aproximando-se em seguida de uma das galáxias mais
próximas da Via Láctea - a Grande Nuvem de Magalhães. No seio desta
galáxia foram identificadas várias estrelas binárias eclipsantes muito
raras, tênues e frias. À medida que as duas estrelas orbitam em torno
uma da outra, vão passando em frente uma à outra, de modo que o
seu brilho combinado, visto de longe, diminui. Ao estudar como é que
a luz varia e também outras propriedades do sistema, os astrônomos
podem medir muito precisamente as distâncias até as binárias
eclipsantes. Uma longa série de observações de binárias eclipsantes
frias muito raras levou à determinação mais precisa até agora da
distância à Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia vizinha da Via
Láctea, dando-se assim um crucial passo em frente na determinação
de distâncias no Universo”.
 http://www.eso.org/public/brazil/videos/eso1311a/
III. Buracos Negros
Figura 10 – Concepção artística do sistema GX 339-4.
1. Conceituação
 É uma região do espaço onde o campo gravitacional é
tão intenso que tudo o que passar próximo ao
horizonte de eventos é atraído para dentro e nem
mesmo a luz consegue escapar (Bergmann et al, 2011).
Figura 11 - Distorção da lente gravitacional.
1. Conceituação
 Após o Big Bang havia grande quantidade de gás no
Universo, o que resultou na formação de diversas
estrelas. Estas explodiram, devido o colapso
gravitacional, formando Buracos Negros. Por fim, os
Buracos Negros se fundiram aumentando sua
gravidade (Buracos Negros supermassivos).
Figura 12 - Fusão de Buracos negros primordiais
1. Conceituação (cont.)
Horizonte de eventos
Os barcos equivalem a “matéria”, o
vento, a “gravidade” (1).
A água equivale ao “espaço” (2).
Singularidade
Figura 15 - Deformação da malha espaço-tempo pelo Sol, por uma Anã Branca, por uma
Estrela de Nêutrons e pelo Buraco Negro.
1. Conceituação (cont.)
 Buracos Negros são detectáveis no centro de
algumas galáxias, o mais próximo encontra-se no
centro da Via Láctea (15 AL);
 Possuem gravidade absoluta;
 Podem engolir galáxias inteiras;
Animação 4 – Estrela sendo consumida.
1. Conceituação (cont.)
 Ajudam na formação de galáxias;
 Para alguns astrônomos, podem ser a passagem para
outros universos;
 Qualquer coisa que se aproxime estará condenada a
ser “engolida”.
 Buracos Negros são nômades, vagam pelo universo.
Animação 5 – Buraco Negro nômade.
2. Origem
 Algumas estrelas morrem silenciosamente, outras se
extinguem em explosões espetaculares e algumas
fazem surgir Buracos Negros.
 Buracos negros nascem de estrelas agonizantes,
aquelas que estão fim de sua existência.
 Presença de ferro no núcleo;
 O Buraco Negro mais próximo em nossa galáxia
possui 30 Km de diâmetro.
2. Origem (cont.)
 Dentro de estrelas massivas (>10
), ao final de suas
vidas, a tensão fusão nuclear-gravidade fica crítica,
quer dizer que a fusão nuclear se encerra e a
gravidade vence. Assim, a estrela se autoconsome
comprimindo-se e dando origem a uma grande
explosão.
Figura 16 – Tensão fusão nuclear-gravidade
2. Origem
 Formando uma supernova (>10
(>1o0
);
Figura 23 – Supernova de Kepler (SN
1604).
) e uma hipernova
Figura 24 – Estrela η Carinae, possível
candidata hipernova.
2. Origem (cont.)
 O Buraco Negro acumula gases até não poder mais
comportá-los e então explode.
 Quasares, buracos negros supermassivos, são os
objetos mais brilhantes do Universo.
Figura 25 – Núcleo de um quasar
(Telescópio Hubble)
2. Origem (cont.)
 São expelidas quantidades gigantescas de gás –
equivalente a dez planetas Terra por minuto. Tal fato,
é denominado pelos astrônomos de Vento do Buraco
Negro. Provavelmente, toda Galáxia já foi um Quasar
(emitem raios-x).
 Os Quasares se acalmam quando a Galáxia
amadurece.
V. Referências
 BERGMANN, T. S. et al. Buracos Negros. Disponível
<http://www.if.ufrgs.br/~thaisa/bn/>. Acesso em 17 nov 2013.
em:
 Como Funciona o Universo? Buracos Negros. Disponível em:
<http://www.youtube.com/watch?v=5WZx1q1fmFI>. Acesso em 13 nov 2013.
 HETEM, J. G.; PEREIRA, V. J.; OLIVEIRA, C. M. Fundamentos de Astronomia.
Apostila AGA215. Departamento de Astronomia do IAG. São Paulo (?), 2010.
 Instituto Astronômico e Geofísico - USP. Sistemas Binários de Estrelas.
Disponível
em:
<http://www.iag.usp.br/siae98/astroleis/binarios.htm>.
Acesso 16 nov 2013.
 OLIVEIRA FILHO, K. S.; SARAIVA, M. F. O. Astronomia e Astrofísica.
Departamento de Astronomia - Instituto de Física. Universidade Federal do
Rio Grande do Sul: Porto Alegre, 2013.