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Ensino de Astronomia UFABC
Aula: Matéria Interestelar e Estrelas I
Universidade Federal do ABC
Yuri Fregnani
e-mail: [email protected]
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
• A importância de se conhecer o meio interestelar, o meio entre asestrelas, é que nele é onde se formam e nascem as estrelas, e épara 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 visívelda nossa galáxia.
O Meio Interestelar
• A temperatura no meio interestelar varia depoucos kelvin até milhares de kelvin, a dependerda distância de estrelas ou fontes de radiação.
• Em zonas escuras, sem estrelas próximas, atemperatura média é de 100 K ou -173,2 °C.
• Como comparação, a menor temperatura járegistrada 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 meiointerestelar. 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 epoeira do meio interestelar contido em uma esfera do tamanho daTerra, ele caberia dentro de um dedal.
Do que é feito o Meio Interestelar?
• A composição química do gás interestelar ébastante simples, sendo distribuído em:
90% Hidrogênio
9% Hélio
1% Elementos pesados (C, O, Si, Mg, Fe)
• O gás compõe 10% da massa visível da ViaLáctea.
Do que é feito o Meio Interestelar?
• Em oposição, a composição dapoeira interestelar ainda é poucoconhecida, mas há indícios de queseja formada pelos mesmoselementos pesados do gás, mais“gelo sujo”, que é uma misturacongelada de água com amônia,metano e outros componentes.
• Os grãos possuem um diâmetroque varia entre 0.1 a 1 μm. Ocabelo humano chega a ser 80vezes mais grosso, variando entre18 e 80 μm.
• Essa poeira interestelar constitui0,1% da massa da Via Láctea.
Do que é feito o Meio Interestelar?
• A poeira interestelar também desempenha oimportante papel de proteger o gás daradiação.
• Os grãos de poeira aumentam a taxa deformação de moléculas, como o H2, que ao seformar libera energia, esquentando o grão depoeira.
O Meio Interestelar
• O gás e a poeira do meio interestelar nãoficam apenas parados, eles podem seaglomerar.
• Quando isso acorre, surgem novas estruturascom novas características.
• A essas estruturas, damos o nome de NuvensInterestelares.
Nebulosa Cabeça de CavaloDistância da Terra: 1.500 ano-luzDescobrimento: 1800
A imagem é uma combinação digital de imagens tiradasem azul, verde, vermelho, e uma imagem feita em luzinfravermelha 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 estrelasvistas através delas aparentem ter um brilho maisavermelhado.
• Por conta desse efeito na luz, que consegue atravessarmais ou menos as nuvens, classificamos as nebulosas emdois tipos:
• Nebulosas de Emissão e Nebulosas de Poeira.
• Ambas são formadas pelo aglomerado de poeira e gás nomeio interestelar, porém possuem algumas característicaspróprias.
Nebulosas de Emissão
• Nebulosas de Emissão são extremamente raras, representandoapenas 1% das nebulosas existentes.
• Esse tipo de nebulosa brilha através da emissão de radiação.
• Elas possuem ao menos uma estrela muito brilhante recém-formada em seu interior, produzindo radiação UV.
• Essa radiação vinda da estrela, faz com que o gás em sua volta seionize, fazendo com o que o gás passe a emitir luz visível, o quetorna a nuvem brilhante.
• A temperatura nesse tipo de nebulosa pode chegar até 8000 Kpróximo 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 emissãoBrilha 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
• Também chamadas de Nebulosas Escurasrepresentam 99% das nebulosas existentes.
• São regiões bastante escuras do espaçointerestelar, uma vez que a luz não consegueultrapassá-las.
• Sendo muito mais frias que as nebulosas deemissão, são também mais densas, cerca de 10³ a106 vezes mais. Possuem uma média de 1000átomos/cm³.
Nebulosas de Poeira
• A maioria das nebulosas de poeira tem um tamanhomaior que o nosso sistema solar.
• Apesar do nome, a nebulosa é constituídaprincipalmente de gás, assim como o meio interestelar.
• O nome vem do fato de que a absorção da luz ocorredevido à poeira existente na nuvem.
• Essas nebulosas costumam apresentar formasirregulares.
Como é feita a observação das nebulosas?
• No caso das nebulosas de emissão, podemosdetectar a luz que emitem.
• Esse tipo de detecção nem sempre é possível,seja pela bloqueio da luz por algum motivo ouno caso das nebulosas de poeira.
• Nesses casos, existe outro modo.
Como é feita a observação das nebulosas?
• O método utilizado para detectar asnebulosas que não emitem luz visível, éprocurarmos pela emissão em outroscomprimentos de onda.
• A luz utilizada é na faixa dos 21 cm. Essa luz éemitida pelo H contido na nebulosa.
Nuvens Moleculares
• Nuvens moleculares, como o nome indica, sãocompostas predominantemente de moléculas,mas ainda se encontra poeira e gásinterestelar nelas.
• São muito maiores do que as nebulosas deemissão 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), H2O e amônia (NH3).
Nuvens Moleculares
• Essas outras moléculas são bilhões de vezes menos abundantes queo H2 dentro das nuvens moleculares, porém, são muitoimportantes para determinarmos a estrutura a as propriedadesfísicas das nuvens.
• Com o estudo dessas moléculas, é possível concluir os seguintesresultados:
• 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 muitoimportantes para a evolução do Universo.
• Elas são responsáveis pelo nascimento deplanetas e outros corpos celestes.
• É nelas também que surgem um dos corposcelestes mais interessantes, as estrelas.
O que são estrelas?
Dicionário:
“Estrela é um astro que tem luz e calor próprio e queapresenta um brilho cintilante; nome comum aosastros luminosos que mantêm praticamente asmesmas 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 degás quente, mantidas íntegras pelagravidade.
Para se manterem vivas, usam comofonte de energia a fusão nuclear emseu interior.
Nascem pela contração de uma nuvemde gás interestelar.
imagens: http://www.redorbit.com/media/gallery/european-southern-observatory-eso/116_bb5542e1066aaa8ce79904fe5e285e34.jpg
Vídeo: Let’s talk about size
https://www.youtube.com/watch?v=Nx1PhtMM2zAn
O Nascimento
• Tudo começa com uma nuvem de poeira,moléculas e gás, chamada Nuvem MolecularGigante. Elas são os “berçários” das estrelas.
• Nesse ambiente, existem tantas moléculas epoeira, que a força gravitacional acaba atraindo-aspara perto uma das outras.
• Quanto mais poeira e mais moléculas se juntam,maior é essa força e mais massa vai seacumulando.
Nebulosa M16 - Pilares da CriaçãoOs pilares, nuvens com cerca de 7 milanos-luz de altura, é um exemplo deNuvem Molecular Gigante.
Crédito: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScl / AURA)
Também conhecidacomo Nebulosa daÁguia, é uma dasimagens mais famosasdo Telescópio Hubble.Foi tirada em 1995.Essa imagem mostraapenas o espectro visívelda luz.
O Nascimento
• A nuvem de gás e poeira é distorcida,perturbada e fragmentada em nuvensmenores pela gravidade, que começa a agirdevido ao acumulo de matéria.
O Nascimento
• Cada fragmentopode seguir umdestino diferentea depender desua massa.
• A gravidadecomeça a forçar anuvem para umúnico ponto,aumentando atemperatura dogás.
O Nascimento
•O disco começa a girar cada vez mais rápido atraindo mais materiala sua volta, criando um núcleo denso e quente, chamado deProtoestrela. Nesse estágio, a protoestrela ainda não é visíveldevido a estar dentro da nuvem de gás.
• Esse processo demora cerca de ~𝟏𝟎𝟔 anos. O disco protoestelar éo local de formação de possíveis planetas.
Disco protoestelar na Nebulosa de Orion – 29 de dezembro de 1993
Imagem: CR O'Dell / Rice University; NASAhttp://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/1994/24/image/b/
Jato Bipolar
Jato Bipolar
O Nascimento
• Os jatos bipolares afastama nuvem que encobria aprotoestrela. É possível vê-la agora.
• Esses jatos ocorrem devidoa grande aceleração damassa que é atraída pelaestrela. Essa massa chega avelocidades suficientespara serem ejetadas pelospolos da protoestrela.
• Podem perturbar outrasnuvens moleculares dandoorigem a novas estrelas.
O Nascimento
Nesse ponto, aprotoestrela jáestá quente osuficiente paracomeçar a fusãode átomos dehidrogênio,criando hélio eenergia. Aestrela nasce.
O Nascimento
• Bilhões de anos depois, a estrela morrerá. O processo demorte 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, elasestão em equilíbrio hidrostático.
• Para que o colapso ocorra, as nuvens devem sofrer algum tipo de perturbaçãoexterna. 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 umaestrela:
1) Fragmentação: a nuvem se fragmenta em pedaços menores com densidadesmédias maiores.
1) Contração (colapso): fragmentos se tornam instáveis gravitacionalmente ecolapsam, formando estrelas.
Condições para o colapso gravitacional
• Se a temperatura T é grande, a nuvem é muitoquente, o que impede de haver o colapso.
• Se a densidade é grande, a gravidade é maior,portanto uma massa menor é necessária.
Sir James Jeans
Na próxima aula
• Evolução estelar
• Tipos de estrelas
• Como vivem as estrelas
• Como morrem as estrelas
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/photogallery-astro-nebula.html
• 10 nebulosas com nomes curiosos:
http://super.abril.com.br/galerias-fotos/10-nebulosas-nomes-curiosos-737693.shtml#7