Berçários Estelares - Casa da Ciência

Berçários Estelares :
O Meio Interestelar e a Formação de Estrelas
Heloísa Boechat
GEA / Observatório do Valongo / UFRJ
Meio Interestelar
Quando observamos o céu em um lugar longe da poluição luminosa das grandes cidades, é
possível visualizar uma faixa esbranquiçada que cruza o céu, devido a luz das estrelas da
nossa galáxia Via Láctea, permeada por muitas manchas bastante escuras. No céu do
hemisfério sul, é fácil identificar a constelação Cruzeiro do Sul (slide 2), com suas quatro
estrelas que compõem a cruz e uma quinta estrela, popularmente denominada de A
Intrometida. Pode-se perceber uma grande mancha preta abaixo e a esquerda do Cruzeiro
do Sul, denominada nebulosa Saco de Carvão. Este nome, muito apropriado, foi dado
antes do conhecimento que a composição química desta nuvem é também uma decorrência
da combustão da matéria e contém fuligem, grafite, diamantes e diversos compostos de
átomos de carbono. Esta nebulosa aparece escura porque contém gás molecular e poeira
cósmica (partículas ou grãos), em quantidade suficiente para obscurecer a luz das estrelas
localizadas atrás dela. Ampliando a região abaixo e a direita do Cruzeiro do Sul, assinalada
com um quadrado, surge uma bela nebulosa de emissão, denominada IC2994 (slide 3).
Esta é uma imensa nuvem de gás (contendo átomos e moléculas) e poeira onde está
acontecendo a formação de diversas estrelas. Toda luminosidade observada é uma
conseqüência da intensa radiação e dos forte ventos emitidos pelas estrelas recém- nascidas
interagindo com a matéria ao redor, provocando a ionização, isto é, arrancando os elétrons
dos átomos e das moléculas existentes. Como o elemento mais abundante é o átomo de
Hidrogênio H, e nesta nuvem brilhante todo ele está ionizado, esta nebulosa denominada de
Região HII, (HI corresponde ao hidrogênio neutro). Ampliando novamente uma parte desta
imensa nuvem vemos vários fragmentos de nuvens muito escuras, em processo de
contração ou colapso gravitacional, denominados glóbulos de Bok (slide 4 e 5). Das
diversas regiões de formação estelar podemos mostrar algumas, como na constelação de
Escorpião (slides 7 e 8) e na constelação de Orion (slides 9, 10 e11).
Formação de estrelas
A formação de estrelas com seus planetas e cometas ocorre nas nuvens moleculares
gigantes, compostas de gases (H, (mais abundante) e diversas espécies moleculares,
inclusive orgânicas), grãos de silicatos, grafite e diamante. As dimensões destas nuvens são
gigantescas, com baixíssimas temperaturas e densidades (slide 12), que sofrem a
fragmentação (slide 15), surgindo os glóbulos de Bok (slide 16). Cada glóbulo dará origem
a uma estrela e quanto maior a massa deste fragmento maior será a massa M da estrela, que
dada em relação a massa do Sol, MSol . Quando começam a colapsar (slide 17) a massa vai
condensando, aumentando gradativamente a densidade da matéria e a temperatura. Após
100.000 anos de contração inicia-se o processo da fusão nuclear no interior da nuvem, onde
quatro átomos de H fundem-se para formar um átomo de Hélio (slide 18). Estas reações
nucleares geram tanta energia eletromagnética que a pressão da radiação é capaz de
empurrar a matéria ao redor, em sentido oposto a contração, surgindo a proto-estrela
(slide 21 e 22). Quando a pressão gravitacional entra em equilíbrio com a pressão de
radiação a proto-estrela passa ser uma estrela e na nuvem circundante que restou formam-se
os planetas, cometas (slide 24).
Berçários Estelares
Um belo exemplo de uma região onde nasceram diversas estrelas e portanto é um
verdadeiro berçário estelar, é a Nebulosa gigante NGC3603, situada na constelação de
Carina, vizinha ao Cruzeiro do Sul, (slide 24). Nesta região, distante cerca de 20.000 anos
luz da Terra, podemos visualizar muitas estrelas em vários estágios do ciclo de vida .
No centro da imagem (slide 24) está um aglomerado de estrelas, onde dezenas de estrelas
extremamente massivas e quentes, do tipo O e Wolf-Rayet que nasceram de um só evento
de formação estelar há cerca de 2 milhões de anos atras. Uma estrela massiva recém –
nascida, assim como um bebê, nasce embebida do material que a gerou (placenta). Como
são muito quentes produzem uma torrente de radiações ionizantes e forte ventos estelares,
expelindo jatos de material em altas velocidades, empurrando a matéria em torno formando
uma cavidade ao redor do aglomerado. A evidência da interação da radiação ionizante com
o material frio da nuvem molecular está nos pilares gasosos à direita e abaixo a esquerda do
aglomerado. Nuvens escuras no alto a direita são os chamados glóbulos de Bok, que
provavelmente estão no estágio inicial da formação estelar (slide 26). As Plêiades (slide
27), outro exemplo de um berçário de estrelas, as recém-nascidas ainda estão envoltas em
suas placentas, assim como em na nebulosa de Orion (slide 28). Já na nebulosa de Roseta a
matéria no seu centro já foi expelida deixando o aglomerado à vista.
As estrelas passam a vida produzindo elementos químicos como os átomos de Hélio (He),
Carbono (C), Oxigênio (O), Nitrogênio (N), usando o Hidrogênio como combustível para
as suas reações nucleares, reações estas, responsáveis pelo intenso brilho que elas emitem.
Quando envelhecem, o combustível vai se esgotando e elas jorram as suas produções para o
espaço interestelar. Desde o nascimento até a morte, características como o raio da estrela a
luminosidade e a temperatura vão alterando durante a vida. A classificação das estrelas em
função desde parâmetros é mostrada no diagrama de Hertzsprung e Russel (HR), (slide 31).
Neste diagrama temos, por exemplo que estrelas na fase intermediária das suas vidas (cerca
de 90% do tempo de vida), ocupam uma posição no diagrama denominada seqüência
principal. No final da vida e dependendo da massa inicial, uma estrela pode se torna uma
Anã Marrom, uma Anã Branca, uma Estrela de Nêutrons ou um Buraco Negro (slide 32 e
33), em ordem crescente de massa.
Formação de Moléculas
Em resumo, os elementos químicos são sintetizados no centro da estrela, que quando esta
atinge uma certa idade, ela ejeta os elementos na sua atmosfera (slide 35). Já nas atmosferas
estelares são formadas moléculas como os hidrocarbonetos (compostos de átomos de C e
H), e diversos tipos de partículas sólidas como os grãos de silicatos e de carbeto de silício
SiC, que são soprados para o meio interestelar através dos ventos estelares ou pela ejeção
das camadas externas quando tornam-se Nebulosas Planetárias (slide 36). Os grãos de
poeira cósmica são compostos de, além dos citados silicatos e SiC, compostos de carbono
como, grafite, diamante (slide 37) e muitas pedras preciosas como safiras, rubis.
Estas partículas expelidas pelas estrelas literalmente enriquecem o Meio interestelar. Na
superfície destes grãos interestelares, moléculas como CO2, NH3 são congeladas formando
um manto de gelo ou uma sopa de moléculas congeladas (slide 40). Os raios ultravioleta de
estrelas próximas incidem nestes mantos provocando a fotoquímica, isto é, a quebra das
ligações químicas dos compostos, cujos fragmentos recombinam-se em novas estruturas,
podendo formar os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (slide 39), as quinonas (cetonas
aromáticas), e talvez até moléculas tão complexas como as moléculas precursoras da vida
(slides 41, 42 e 43). Assim, o Meio Interestelar é enriquecido quimicamente pelas estrelas e
são nestas nuvens contendo moléculas tão complexas como os amino ácidos que nascerão
novas estrelas que por sua vez, irão sintetizar mais elementos, iniciando novamente um
novo ciclo. (slide 50 e 52).
Acredita-se que o Sol seja uma estrela que nasceu de uma nuvem enriquecida pela quinta
geração estelar contendo complexas moléculas orgânicas. As evidências foram obtidas
pelas análises da composição química dos cometas. Sabe-se que quando um cometa
desprende-se da região fria onde foi formado, chamada nuvem de Oort ele é atraído pelo
Sol e ao aproximar-se deste começa a evaporar, soltando uma grande quantidade de
matéria, trazendo informações da nuvem primordial na qual o Sol foi formado. Acredita-se
também que os meteoritos foram os responsáveis por trazer moléculas orgânicas
extraterrestres para a Terra, pois diversos amino ácidos foram encontrados no meteorito
Murchison. Estes compostos orgânicos foram resultado da fotoquímica interestelar no
começo da formação do Sistema Solar.
A Astroquímica, química dos astros, é uma ciência que está na interface entre a
Astronomia, a Química e a Física e trata dos processos químicos e fisico-químicos que
ocorrem em diversos ambientes astrofísicos, como atmosferas planetárias, cometas,
nebulosas e nuvens interestelares. Esta área da ciência, estudada nos últimos anos, está
começando a ganhar um grande investimento, na procura da descoberta de como estas
moléculas se formam e como elas se ligam, necessitando portanto do conhecimento de
como elas interagem com fótons e elétrons.