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AULA 11 – VIA LÁCTEA
DanieleDaniele
Benicio
Benicio
Universidade Federal do ABC
Cada faixa corresponde à imagem da Via Láctea observada numa faixa diferente
de comprimento de onda:
(1) Ondas de rádio, de 408 MHz, provenientes de elétrons energéticos, que se movem
no campo magnético interestelar;
(2) Ondas de rádio, de 1,4 GHz, emitidas pelo hidrogênio atômico;
(3) Ondas de rádio, de 2,5 GHz, de elétrons energéticos e gás quente, ionizado;
(4) Ondas de rádio emitidas pelo monóxido de carbono, e indicativas da presença
de hidrogênio molecular;
(5) Infravermelho emitido pela poeira interestelar, aquecida pela luz das estrelas;
(6) Infravermelho de comprimento de onda médio emitido por moléculas orgânicas
complexas;
(7) Infravermelho próximo -- do visível -- emitido por estrelas frias e velhas da Via
Láctea;
(8) Óptico ou visível, emitido principalmente por estrelas e nuvens de gás ionizado;
(9) Raios X de baixa energia emitidos por gás quente; e, finalmente,
(10)Raios gama, altamente energéticos, emitidos pelas colisões de partículas de
grande energia -- os chamados "raios cósmicos”;
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Via-Íris/Via Láctea Multionda
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Uma galáxia é um grande sistema,
gravitacionalmente ligado, que consiste de estrelas,
remanescentes de estrelas (objetos compactos), um
meio interestelar de gás e poeira e um importante
componente apelidado de matéria escura.
Arp 274 é um conjunto de 3 galáxias. Na imagem parece que elas vão se chocar,
mas elas estão separadas por distâncias gigantescas. [Hubble, NASA]
A palavra “galáxia” deriva do grego “galaxias”, literalmente leitoso, numa
referência à nossa galáxia, a Via Láctea.
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Definição
A galáxia da Via Láctea (Milkyway)
possui uma massa de 10¹² massas solares
e um diâmetro da ordem de 100 mil
anos-luz e estima-se que possua mais de
200 bilhões de estrelas. A parte mais
brilhante da Galáxia fica na direção da
constelação de Sagitário, sendo melhor
observável no Hemisfério Sul durante as
noites de inverno, pois é nesse momento
que se pode contemplar a porção
central da galáxia.
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Via Láctea
Originalmente: Uma faixa de luz
difusa no céu.
Na mitologia grega leite materna
da deusa Hera jorrado no céu.
Galileu descobriu em 1610 que ela
consiste de estrelas.
Hoje é a nossa Galáxia (com G
maiúsculo) e o Sistema Solar faz
parte.
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Via Láctea
Os gregos cunharam o termo "galaxies kuklos" , ou "círculo leitoso", como forma
de descrever a Via Láctea. Ela era uma tênue faixa de luz, mas não se fazia ideia
do que ela era composta.
Quando Galileu estudou a Via Láctea com o primeiro telescópio, determinou que
ela era composta de numerosas estrelas. [“O Mensageiro das Estrelas”,1610].
Em 1755, o filósofo prussiano Immanuel Kant já tinha previsto a natureza da Via
Láctea e a existência de outras galáxias: Ele deduziu corretamente que a Via
Láctea é um grande disco de estrelas, que ele teorizou ter se formado de uma
(muito maior) nuvem de gás girando. Ele também sugeriu a possibilidade que
outras nebulosas também sejam discos de estrelas de tamanho similar.
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História do descobrimento da Via Láctea
No final do século XVIII, o
astrônomo alemão William
Herschel (1738-1822), que já
era
famoso
por
ter
descoberto
o
planeta
Urano,
mapeou
a Via
Láctea e descobriu tratar-se
de um sistema achatado.
Segundo seu modelo, o Sol
ocupava
uma
posição
central na galáxia, mas hoje
sabemos
que
essa
conclusão estava errada.
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História do descobrimento da Via Láctea
A primeira estimativa do tamanho da Via Láctea foi feita no início dos éculo XX, pelo
astrônomo holandês Jacobus Kapteyn (1851-1922).
Em 1922, ele fez suposições mais realistas quanto às magnitudes absolutas e chegou
num modelo da Via Láctea similar ao de Herschel, um esferóide achatado com
densidade de estrelas diminuindo de acordo com a distância ao centro.
Em ambos os modelos, o Sol fica perto do centro, por que ambos não levaram em
conta a extinção interestelar, que faz que a distância de vista e comparável em
todas as direções no disco, onde fica a poeira.
O Universo de Kapteyn, as elipses são “superfícies de densidade estelar constante”.
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História do descobrimento da Via Láctea
Harlow Shapley (1885-972), estudando
a distribuição de sistemas esféricos de
estrelas
chamados
aglomerados
globulares, determinou o verdadeiro
tamanho da Via Láctea e a posição
periférica do Sol nela.
Shapley
descobriu
que
os
aglomerados globulares (150 deles),
que formam um halo em volta na
nossa galáxia, estavam concentrados
em uma direção; poucos deles era
visto na direção oposta.
1 Parsec = 3,08567758 × 1016 metros
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História do descobrimento da Via Láctea
Ele concluiu que o Sol não
está no centro de nossa
galáxia. Assumindo que o
centro do halo formado pelos
cúmulos globulares coincide
com o centro de nossa
galáxia, ele deduziu que
estamos a 30 mil anos-luz do
centro da Via Láctea, que
está
na
direção
da
constelação do Sagitário.
Este
valor
está
super
estimado, pois estamos a
cerca de 23000 anos-luz.
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História do descobrimento da Via Láctea
Em 1924, Edwin Hubble usou um grande telescópio
(com diâmetro de 100 polegadas) instalado em
Mount Wilson, na Califórnia, e descobriu que as
nebulosas em espiral tinham estruturas e estrelas,
conhecidas como variáveis Cefeídas, semelhantes
às da Via Láctea (essas estrelas mudam de brilho
regularmente).
Hubble usou as curvas de luz das variáveis Cefeídas
para medir a distância entre elas e a Terra, e
constatou que estavam muito mais longe que os
limites conhecidos da Via Láctea. Portanto, essas
nebulosas espirais eram de fato outras galáxias
localizadas fora da nossa.
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História do descobrimento da Via Láctea
As galáxias espirais são brilhantes e têm
um pronunciado formato de disco, com
gases quentes, poeira e estrelas
brilhantes exibidos em seus braços
espirais.
Como as galáxias espirais são brilhantes,
respondem pela maioria das galáxias
visíveis,
mas
acredita-se
que
representem apenas 20% do total de
galáxias do universo.
A Via Láctea é uma galáxia espiral de
grande porte.
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Galáxias Espirais
As galáxias espirais são subdivididas nas categorias Sa, Sb e Sc, de acordo com o
grau de desenvolvimento e enrolamento dos braços espirais e com o tamanho
do núcleo comparado com o do disco.
Espiral normal: forma de disco evidente, com centros brilhantes e braços espirais
bem definidos. As galáxias Sa têm grandes bojos nucleares e braços espirais bem
curvados; e as Sc têm pequenos bojos e braços espirais curvados apenas
ligeiramente.
Espiral barrada: um formato de disco evidente, com centro brilhante e alongado
e braços espirais bem definidos. As galáxias Sba têm grandes bojos nucleares e
braços de espiral bem curvados; e as Sbc têm pequenos aglomerados bojos e
braços ligeiramente curvados
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Galáxias Espirais
a núcleo maior, braços pequenos e bem enrolados
b núcleo e braços intermediários
c núcleo menor, braços grandes e mais abertos
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Galáxias Espirais
Indícios obtidos recentemente
apontam que a Via Láctea
seja uma galáxia “SBc”.
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Galáxias Espirais
Andrômeda(M31)
Grande Nuvem de
Magalhães (LMC)
Pequena Nuvem de
Magalhães NGC292
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A olho nu, conseguimos observar três galáxias (vizinhas da Via Láctea).
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M31–Galáxia de Andrômeda. A galáxia espiral mais próxima
da Via Láctea. Estimativas apontam que nela existam mais
de 1 trilhão de estrelas.
O fato de nos encontrarmos no disco dificulta a determinação da estrutura por dois
motivos:
Motivos geométricos: é difícil determinar a estrutura de um disco, se você esta dentro
dele.
O disco de poeira: bloqueando nossa vista em direções dentro do disco.
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Morfologia da Via Láctea
É melhor observar no infravermelho,
onde a poeira é menos opaca.
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Morfologia da Via Láctea
Disco Galáctico: a maioria das 200 bilhões de
estrelas da Via Láctea se localiza nele. O disco
se divide nas seguintes partes:
Núcleo: o centro do disco.
Bojo: a área em torno do núcleo, incluindo as
regiões imediatamente acima e abaixo do
plano do disco.
Braços espirais: São constituídos de gás e
poeira, estendem-se do centro para fora.
Nosso sistema solar fica localizado em um dos
braços de espiral da Via Láctea.
Halo: uma região vasta e pouco iluminada
que cerca toda a galáxia. Ela é composta de
gases quentes e possivelmente de matéria
escura.
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Morfologia da Via Láctea
Todos esses componentes orbitam em torno do núcleo e a gravidade os mantêm
unidos.
Como a gravidade depende de massa, seria possível pensar que a maior parte da
massa de uma galáxia fica no disco galáctico ou perto de sua porção central.
No entanto, depois de estudar as curvas de rotação da Via Láctea e de outras
galáxias, os astrônomos concluíram que a maior parte da massa fica nas porções
exteriores da galáxia, como no halo, onde existe pouca luz das estrelas ou pouca
luz refletida pelos gases.
Estimativas:
Massa do disco: 2 a 13%
Massa do bojo: 1 a 6%
Massa do halo: 81 a 97%
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Morfologia da Via Láctea
Walter Baade (1893-1960), contemporâneo de Edwin Hubble no observatório de
Mount Wilson, estudando a galáxia Andrômeda, notou que podia distinguir entre
duas populações estelares.
População I: estrelas típicas para a vizinhança solar (estrelas "normais") - Estrelas OB
azuis, novas, nebulosas planetárias. Estas também se encontram em aglomerados
abertos, no meio interestelar e nos braços espirais de M31. Estrelas de alta
metalicidade e frequentemente jovens.
População II: Na Via Lactea, as “estrelas de alta velocidade” (Halo) aglomerados
globulares: Gigantes Vermelhas, RR Lyras, sub-anãs; e fora da VL no bojo de M 31,
em M 32, e em NGC 205. Estrelas velhas de baixa metalicidade.
Atualmente o termo População Estelar é usado também para conjuntos de
estrelas com história de formação em comum.
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Populações Estelares
Aglomerados abertos: (~2000) na maioria no disco
Aglomerados globulares: (~160) na maioria no halo
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Aglomerados
Com o tempo, o meio interestelar é
enriquecido de elementos pesados
por
estrelas
que
“morreram”
(nebulosas planetárias, supernovas).
Deste meio enriquecido as novas
estrelas se formam. Novas gerações
de estrelas são mais ricas em “metais“
que as anteriores.
Aglomerados abertos
Aglomerados
globulares
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Relação idade-metalicidade
Disco é uma estrutura circular achatada, com diâmetro de 30000 pc (100000 anos-luz) e
espessura de ~300 pc, é no disco onde se encontram os braços espirais da Via Láctea.
Constituído pela população mais jovem de estrelas (chamada de população 1) de cor
azulada, por nuvens de poeira, gás e por aglomerados abertos. As estrelas do disco, têm
um movimento de translação em volta do núcleo. Todas as estrelas que observamos no
céu noturno, estão localizadas no disco galáctico.
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O Disco Galáctico
O bojo, que contém o núcleo, é uma região
esférica de 2000 pc de raio, envolvendo o
núcleo, é constituído principalmente por
estrelas do tipo população 2 (estrelas velhas).
Esta região da galáxia é rica em elementos
pesados.
Também
estão
presentes
aglomerados globulares. O Sol, localizado
em um dos braços espirais, orbita o centro da
Galáxia, a uma distância de ~8500 pc. Se
pudéssemos ver a nossa Galáxia “de cima”,
provavelmente ela pareceria como a
galáxia NGC 2997.
Da nossa posição, junto ao Sol, a parte da
Galáxia interna ao Sol é vista de perfil, tendo
portanto a forma de uma faixa luminosa.
NGC 2997
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O Disco Galáctico
Os braços espirais não são muito mais
densos que o resto do disco (só um
pouquinho), mas são muito mais
brilhantes, por causa da formação
estelar.
Formação dos braços espirais: ondas de
densidade ligeiramente elevada se
propagando pelo disco, onde o gás é
comprimido e ocorre formação estelar,
muitas incertezas ainda sobre o origem
destas ondas.
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O Disco Galáctico
A parte mais difícil de observar da
Via
Láctea
é
o
Centro,
escondendo- se atrás de poeira
valendo~30
magnitudes
de
extinção
no
ótico,
na
constelação de Sagitário.
Melhor
observá-lo
comprimentos de ondas
longos, λ> 1 μm.
em
mais
Observando na banda K, λ~ 2.2
μm, da pra ver um aglomerado
denso de estrelas velhas.
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Núcleo (ou centro) Galáctico
Mais para o interior ainda, nos 2
pc centrais, a densidade parece
aumentar mais rápido.
Nesta região, as estrelas orbitam
algum
centro
de
massa,
chamado Sagitário A* (Sgr A*) tão
rapidamente que da pra observar
o movimento.
https://www.youtube.com/watch?v=opUkRkexw10
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Centro Galáctico
A estrela mais perto do Centro Galáctico, S2, orbita Sgr A* em apenas 15.2 anos,
chegando a 120 AU do Centro, orbita só poucas vezes a de Plutão em torno do Sol!
Nos 120 AU internos da Galáxia se concentra uma massa de 3.7 mio. MSol
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Centro Galáctico
O que poderia ser aquela concentração
de massa?
Tem uma fonte misteriosa de radiação
infravermelha na região, chamada IRS 16,
aparentemente composta de poucas
estrelas de alta massa, mas que de longe
não explica 3.7 mio. MSol
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Centro Galáctico
Se vê um disco nuclear de gás neutro
de alguns 100 pc a 1 kpc do Centro,
um pouco inclinado com respeito ao
Disco Galáctico.
De lá saem filamentos de uns 20 pc
seguindo
o
Campo
Magnético
Galáctico. Estes indicam um fluxo de
material deixando a região central.
Um “zoom” na região central deste
disco revela a fonte rádio Sagitário A,
lá encontramos um disco molecular
>20 mais quente e >150 mais denso
que nuvens moleculares no Disco.
O Centro Galáctico no rádio
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Centro Galáctico
O que é, então, esta fonte, com raio de no
máximo 120 AU, massa de 3.7 mio. MSol, e que
emite relativamente pouca radiação?
A única explicação que conhecemos para
um objeto tão denso e escuro é um Buraco
Negro Supermaciço, em contraste aos
Buracos Negros Estelares formados na morte
de estrelas, de massas bem menores, foram
formados por imensas nuvens de gás ou por
aglomerados de milhões de estrelas que
colapsaram sobre a sua
própria gravidade quando o universo ainda
era bem mais jovem e denso.
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Centro Galáctico
Até 1953 não se conhecia a existência de braços espirais na Via Láctea, pois a
visualização das espirais era ocultada pela poeira interestelar e dificultada por ser feita
do interior da própria galáxia.
Até 2008 acreditava-se que possuía 4 braços, mas imagens reveladas pelo telescópio
Spitzer revelaram que ela pode não ser exatamente assim.
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Braços espirais
Braço de Perseu
Braço de Norma
Braço de Centauro (Cruz-Scutum)
Carina-Sagittarius
Braço de Órion
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Braços espirais
Robert Benjamin da Universidade
de Wisconsin-Whitewater sugeriu
que a Via Láctea possui apenas
dois braços estelares principais:
o braço Perseu e o braço
Scutum-Centaurus.
Os
demais
braços
foram
reclassificados como braços
menores ou ramificações.
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Braços espirais
O halo tem uma forma esférica e é
constituída por partículas ultra excitadas
a alta temperatura, anãs vermelhas,
anãs brancas e por aglomerados
globulares, que estão em órbita em
torno do centro de massa galáctica.
O halo não é observável opticamente.
As estrelas que formam os aglomerados
globulares (de forma esférica) são as
mais antigas da galáxia. Supõe-se que
sua estrutura seja gigantesca.
A sua massa gira entre 5 ou 10 maior do
que a massa restante da galáxia. Sua
forma, seus componentes e seus limites
no
espaço
intergaláctico
são
desconhecidos até o início do século
XXI, e muitas das afirmações a cerca do
halo são especulações científicas.
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Halo Estelar
Pela polarização de radiação (ótica e rádio)
refletida por grãos de poeira alinhados como
Campo Magnético Galáctico, da pra determinalo.
No disco, ele segue os braços espirais. Apesar de
fraco este campo magnético provavelmente
teve um papel importante na formação e na
evolução da Via Láctea.
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Campo Magnético Galáctico
As estrelas da Via Láctea, como o
Sol, se movimentam em órbitas
circulares em torno do Centro
Galáctico (e o gás também).
A velocidade de rotação de uma
estrela na distância r do Centro
depende da massa da Galáxia
contida no espaço no interior da
sua orbita.
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Curva de Rotação da Via Láctea
Para além da parte visível do halo
galáctico, há uma região muito
mais extensa, conhecida como o
halo sombrio, halo galáctico, que
contém grandes quantidades de
matéria escura.
95 % da massa total da Via
Láctea!
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Halo - Matéria Escura
A matéria escura não emite luz e não pode ser detectada por telescópios - é
uma matéria invisível misteriosa que só pode ser detectada de modo indireto pela
força gravitacional que exerce.
E que tipo de Matéria Escura Fria?
- WIMPs (chorão)
ou
- MACHOs (“Massive Compact Halo Objects”, objetos do halo massivos e
compactos, machões):
•
•
•
•
•
anãs marrons
estrelas comuns, mas de baixa luminosidade
anãs brancas
estrelas de néutrons
buracos negros
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Halo - Matéria Escura
Detecta-se pelo efeito lente (consequência da relatividade geral)
Quando um MACHO passa na frente de uma estrela de fundo, a luz da estrela é focada
na Terra parecendo mais brilhante por algumas horas do dia.
A partir da curva de luz da estrela é possível determinar a massa do MACHO.
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Como detectar os MACHOs?
Observaram 12 milhões de estrelas na Grande Nuvem de Magalhães de
1992 a 1998 com um telescópio no observatório Mt. Stromlo na Australia.
Detectaram o que seria uma estimativa do número total de MACHOs na
Via Láctea.
Determinando as massas destes MACHOs, consegue-se estimar a massa
total de MACHOs em nossa Galáxia.
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O Projeto MACHO
A Matéria Escura consiste na maioria de WIMPs.
Os chorões derrotaram os machões!
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Vários MACHOs foram detectados, mas de longe não em
número suficiente para explicar a Matéria Escura na Via
Láctea.
As galáxias não agem sozinhas. A distância que as separa parece imensa, mas os
diâmetros das galáxias são igualmente grandes. Comparadas às estrelas, as
galáxias ficam relativamente perto uma das outras. Podem interagir e, o mais
importante, colidir.
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Evolução das galáxias –Via Láctea
Quando as galáxias colidem, elas na
verdade se atravessam mutuamente
– as estrelas que elas contêm não se
chocam,
devido
às
imensas
distâncias interestelares. Mas as
colisões tendem a distorcer a forma
de uma galáxia.
Antennae Galaxies NGC 4038 e NGC 4039.
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Evolução das galáxias –Via Láctea
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A Via Láctea e Andrômeda irão colidir
frontalmente em 3,75 bilhões de anos, as duas
galáxias estão a 2,5 milhões de anos-luz de
distância uma da outra.
Ambas são galáxias espirais, e ao colidirem,
(já em 7 bilhões de anos) elas formarão uma
enorme galáxia elíptica.
Simulação NASA
https://www.youtube.com/watch?v=4disyKG7XtU
As duas galáxias estão se aproximando devido à gravidade que exercem uma sobre
a outra. Cientistas acreditam que elas começarão a se fundir dentro de 4 bilhões de
anos. E dentro de outros 2 bilhões de anos elas deverão ser uma única entidade.
As duas galáxias estão separadas por uma distância de 2,5 milhões de anos-luz, mas
estão convergindo a uma velocidade de aproximadamente 400 mil quilômetros por
hora.
Estrelas individualmente não irão colidir porque o espaço entre elas permanecerá
sendo grande. O abalo gravitacional deverá, no entanto, mudar a localização do
Sistema Solar.
É provável que a fusão provoque uma vigorosa fase de formação de novas estrelas
e que nuvens de gás serão abaladas e passem a colidir umas com as outras.
É bem possível que a pequena companheira de Andrômeda, a galáxia de
Triangulum, ou M33, também entre na "briga".
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Choque Via Láctea e Andrômeda
As galáxias não se distribuem
aleatoriamente pelo universo –
tendem a existirem aglomerados
galácticos.
As
galáxias
nesses
aglomerados se mantêm unidas
pela gravitação e influenciam umas
às outras.
Aglomerados pobres-contêm menos
de mil galáxias. A Via Láctea e a
galáxia de Andrômeda (M31) são
parte do Grupo Local, que contém
algo entre 35 e 50 galáxias.
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Distribuição das galáxias próximas à Via Láctea
O grupo Local é o grupo de
galáxias que inclui nossa Galáxia,
a Via Láctea. O grupo tem o
centro gravitacional localizado
entre a Via Láctea e a galáxia
de Andrômeda.
As galáxias do Grupo Local
cobrem uns 10 milhões de anosluz de diâmetro e têm uma
aparência binária. A massa total
do grupo é estimada em
1,29×10¹² massas solares. O
próprio grupo é um dos muitos
em todo o Superaglomerado de
Virgem.
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Distribuição das galáxias próximas à Via Láctea
Aglomerados ricos – contêm mil ou mais galáxias. O superaglomerado de Virgem, por
exemplo, inclui mais de 2,5 mil galáxias e o centro se localiza a cerca de 55 milhões de
anos-luz da Terra.
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Distribuição das galáxias próximas à Via Láctea
- Artigo publicado no Astrophysical Journal sobre a presença de anéis e ondas
radiais no disco da Via Láctea. As implicações desse estudo é que nossa galáxia
pode ser 50% maior do que se pensava:
http://blog.cienctec.com.br/imagens/nossa-galaxia-pode-ser-maior-do-que-sepensava/
- Astrônomos brasileiros descobrem dois aglomerados de estrelas nas extremidades
da Via Láctea:
http://resenha-on.blogspot.com.br/2015/03/astronomos-brasileiros-descobremdois.html
- Astrónomos brasileiros confirmam que Via Láctea tem 4 braços:
http://www.astropt.org/2015/06/01/astronomos-brasileiros-confirmam-que-vialactea-tem-4-bracos/
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Notícias
Kepler de Souza Oliveira e Maria de Fátima; “Astronomia & Astrofísica”. Editora
Livraria da Física
Slides Prof. Pieter Westera - Noções de Astronomia e Cosmologia
José Roberto Costa,
http://www.zenite.nu/
Astronomia
no
Zênite,
Via
Láctea.
Disponível
em:
Sueli M. M. Viegas e Fabíola de Oliveira; “Descobrindo o Universo”. Editora Edusp
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Referências
PRÓXIMA AULA:
GALÁXIAS I - 01 DE AGOSTO
http://htwins.net/scale2/lang.html
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A PARTIR DA SEMANA QUE VEM RECESSO!!!