ESTRELAS. Sérgio Mittmann dos Santos. Astronomia Licenciatura em Ciências da Natureza IFRS Câmpus Porto Alegre 2018/2

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1 ESTRELAS Sérgio Mittmann dos Santos Astronomia Licenciatura em Ciências da Natureza IFRS Câmpus Porto Alegre 2018/2

2 Estrelas São esferas autogravitantes de gás ionizado, cuja fonte de energia é a transmutação de elementos através de reações nucleares, isto é, da fusão nuclear do hidrogênio em hélio e posteriormente em elementos mais pesados

3 Estrelas São esferas autogravitantes de gás ionizado, cuja fonte de energia é a transmutação de elementos através de reações nucleares, isto é, da fusão nuclear do hidrogênio em hélio e posteriormente em elementos mais pesados Composição química das estrelas em geral é praticamente a mesma: aproximadamente 90% de H e aproximadamente 9% de He Outros elementos juntos contribuem entre 1% e 2% da composição e são chamados de metais

4 Estrelas São esferas autogravitantes de gás ionizado, cuja fonte de energia é a transmutação de elementos através de reações nucleares, isto é, da fusão nuclear do hidrogênio em hélio e posteriormente em elementos mais pesados Composição química das estrelas em geral é praticamente a mesma: aproximadamente 90% de H e aproximadamente 9% de He Outros elementos juntos contribuem entre 1% e 2% da composição e são chamados de metais As estrelas atuais têm massas entre 0,08 e 100 vezes a massa do Sol (M Sol = 1, kg)

5 Estrelas São esferas autogravitantes de gás ionizado, cuja fonte de energia é a transmutação de elementos através de reações nucleares, isto é, da fusão nuclear do hidrogênio em hélio e posteriormente em elementos mais pesados Composição química das estrelas em geral é praticamente a mesma: aproximadamente 90% de H e aproximadamente 9% de He Outros elementos juntos contribuem entre 1% e 2% da composição e são chamados de metais As estrelas atuais têm massas entre 0,08 e 100 vezes a massa do Sol (M Sol = 1, kg) As estrelas normais, não colapsadas, têm temperaturas efetivas entre K e K Existem anãs brancas com temperaturas efetivas até K e estrelas de nêutrons com temperaturas efetivas até K ou mesmo maiores

6 Fotometria Fotometria é a medida da luz proveniente de um objeto

7 Fotometria Fotometria é a medida da luz proveniente de um objeto Todo o espectro eletromagnético, desde a radiação gama até as ondas de rádio, são atualmente usadas para observações astronômicas

8 Grandezas fundamentais para a fotometria L = Luminosidade: Energia total emitida por segundo em todas as direções [J/s] = Potência [W]

9 Grandezas fundamentais para a fotometria L = Luminosidade: Energia total emitida por segundo em todas as direções [J/s] = Potência [W] F = Fluxo: Energia por unidade de tempo por unidade de área que chega ao detector [J/(s m 2 ) = W/m 2 ]

10 Grandezas fundamentais para a fotometria L = Luminosidade: Energia total emitida por segundo em todas as direções [J/s] = Potência [W] F = Fluxo: Energia por unidade de tempo por unidade de área que chega ao detector [J/(s m 2 ) = W/m 2 ]

11 Magnitude aparente m Hiparco ( a.c.) dividiu as estrelas visíveis a olho nu de acordo com seu brilho aparente, atribuindo magnitude 1 à mais brilhante e 6 às mais fracas

12 Magnitude aparente m Hiparco ( a.c.) dividiu as estrelas visíveis a olho nu de acordo com seu brilho aparente, atribuindo magnitude 1 à mais brilhante e 6 às mais fracas Na definição de Hiparco, as de m = 1 são as 20 primeiras estrelas que aparecem após o pôr-do-sol

13 Magnitude aparente m Hiparco ( a.c.) dividiu as estrelas visíveis a olho nu de acordo com seu brilho aparente, atribuindo magnitude 1 à mais brilhante e 6 às mais fracas Na definição de Hiparco, as de m = 1 são as 20 primeiras estrelas que aparecem após o pôr-do-sol Norman Robert Pogson ( ) verificou que o sistema, baseado na percepção de brilho do olho humano, é logarítmico

14 Magnitude aparente m Fluxo correspondente a uma estrela de primeira magnitude (m = 1) é 100 vezes mais brilhante que uma estrela de magnitude 6

15 Magnitude aparente m Fluxo correspondente a uma estrela de primeira magnitude (m = 1) é 100 vezes mais brilhante que uma estrela de magnitude 6

16 Magnitude aparente m Fluxo correspondente a uma estrela de primeira magnitude (m = 1) é 100 vezes mais brilhante que uma estrela de magnitude 6 m(vega) = 0 m(sírius) = 1,42 m(lua cheia) = 12,0 m(sol) = 26,7 8.mai.2000: m(marte) = 1,50; m(urano) = 6,00; m(netuno) = 8,00; m(plutão) = 14,0

17 Magnitude absoluta M Para podermos comparar os brilhos intrínsecos de 2 estrelas, precisamos usar uma medida de brilho que independa da distância

18 Magnitude absoluta M Para podermos comparar os brilhos intrínsecos de 2 estrelas, precisamos usar uma medida de brilho que independa da distância Definimos como magnitude absoluta M a magnitude teórica que a estrela teria se estivesse a 10 pc de nós

19 Magnitude absoluta M Para podermos comparar os brilhos intrínsecos de 2 estrelas, precisamos usar uma medida de brilho que independa da distância Definimos como magnitude absoluta M a magnitude teórica que a estrela teria se estivesse a 10 pc de nós m M = 5 (log r) 5

20 Magnitude absoluta M Ordem Estrela Magnitude Magnitude Distância à Absoluta Aparente Terra M V m V (anos-luz) 0 Sol +4,72-26,72 8 min 1 Sírius (no Cão Maior) +1,4-1,46 8,6 2 Canopus (na Carina) -2,5-0, Rigel Kentaurus (Alpha Centauri) +4,4-0,27 4,3 4 Arcturus (em Boötes) +0,2-0, Vega (na Lyra) +0,6 0, Capella (na Auriga) +0,4 +0, Rigel (no Órion) -8,1 +0, Procyon (no Cão Menor) 2,8 +0, Archenar (em Eridanus) -1,3 +0, Betelgeuse (no Órion) -5,1 +0, Hadar (no Centauro) -4,3 +0, Altair (na Águia) +2,3 +0, Acrux (no Cruzeiro) -3,8 +0, Aldebaran (em Touro) -0,2 +0, Spica (em Virgem) -4,7 +0, Antares (no Escorpião) -5,2 +1,09 600

21 Espectroscopia Quase toda informação sobre as propriedades físicas das estrelas são obtidas direta ou indiretamente de seus espectros, principalmente suas temperaturas, composições e densidades

22 Espectroscopia LEIS DE KIRCHHOFF 1 Um corpo opaco quente, sólido, líquido ou gasoso, emite um espectro contínuo. Exemplos: filamento de uma lâmpada incandescente (sólido); lava de um vulcão (líquido); estrela (gás muito denso). 2 Um gás quente transparente (pouco denso) produz um espectro de linhas brilhantes (de emissão). O número e a posição (cor) destas linhas depende dos elementos químicos presentes no gás. Exemplo: lâmpada fluorescente. 3 Se um espectro contínuo passar por um gás à temperatura mais baixa, o gás frio causa a presença de linhas escuras (de absorção). O número e a posição destas linhas depende dos elementos químicos presentes no gás. Exemplo: Sol e sua atmosfera.

23 Espectroscopia 1820 JOSEPH VON FRAUNHOFER observou linhas nos espectros do Sol, de Sírius, Castor, Pollux, Capella, Betelgeuse e Procyon

24 Espectroscopia 1820 JOSEPH VON FRAUNHOFER observou linhas nos espectros do Sol, de Sírius, Castor, Pollux, Capella, Betelgeuse e Procyon 1856 GUSTAV ROBERT KIRCHHOFF

25 Espectroscopia He Na Fe

26 Espectroscopia Classificação espectral do Observatório de Harvard Estrelas são classificadas em função decrescente da temperatura, como O B A F G K M

27 Espectroscopia Classificação espectral do Observatório de Harvard Estrelas são classificadas em função decrescente da temperatura, como O B A F G K M Oh! Be A Fine Girl, Kiss Me!

28 Espectroscopia Classificação espectral do Observatório de Harvard Estrelas são classificadas em função decrescente da temperatura, como O B A F G K M Oh! Be A Fine Girl, Kiss Me! OBA, Frango Grelhado "Kom" Molho

29 Espectroscopia Classificação espectral do Observatório de Harvard Estrelas são classificadas em função decrescente da temperatura, como O B A F G K M Oh! Be A Fine Girl, Kiss Me! OBA, Frango Grelhado "Kom" Molho Cada tipo espectral se subdivide em 10 classes, sendo 0 a mais quente e 9 a mais fria

30 Espectroscopia Classificação espectral do Observatório de Harvard Estrelas são classificadas em função decrescente da temperatura, como O B A F G K M Oh! Be A Fine Girl, Kiss Me! OBA, Frango Grelhado "Kom" Molho Cada tipo espectral se subdivide em 10 classes, sendo 0 a mais quente e 9 a mais fria Nos anos 1990, foram descobertas estrelas mais frias que as M9 Adicionou-se as classes L, com temperaturas entre 2200 K e 1400 K, e T, anãs marrons, com temperaturas abaixo de 1400K (quando se forma o metano)

31 Espectroscopia Classificação espectral do Observatório de Harvard Estrelas são classificadas em função decrescente da temperatura, como O B A F G K M Oh! Be A Fine Girl, Kiss Me! OBA, Frango Grelhado "Kom" Molho Cada tipo espectral se subdivide em 10 classes, sendo 0 a mais quente e 9 a mais fria Nos anos 1990, foram descobertas estrelas mais frias que as M9 Adicionou-se as classes L, com temperaturas entre 2200 K e 1400 K, e T, anãs marrons, com temperaturas abaixo de 1400K (quando se forma o metano) Oh! Be A Fine Girl, Kiss Me Lovingly Tonight!

32 Espectroscopia Observatório de Yerkes 6 diferentes classes de luminosidade, baseadas nas larguras das linhas espectrais

33 Espectroscopia Observatório de Yerkes 6 diferentes classes de luminosidade, baseadas nas larguras das linhas espectrais Ia Supergigantes superluminosas. Exemplo: Rigel (B8Ia): L= L Sol Ib Supergigantes. Exemplo: Betelgeuse (M2Ib): L= L Sol II Gigantes luminosas. Exemplo: Antares (M1II): L=4.875 L Sol III Gigantes. Exemplo: Aldebarã (K5III): L=100 L Sol IV Subgigantes. Exemplo: Acrux (Crucis) (B1IV): L=30,76 L Sol V Anãs (seqüência principal). Exemplo: Sol (G2V): L=1 L Sol

34 Espectroscopia Observatório de Yerkes 6 diferentes classes de luminosidade, baseadas nas larguras das linhas espectrais 0 Hipergigantes Ia Supergigantes superluminosas. Exemplo: Rigel (B8Ia): L= L Sol Ib Supergigantes. Exemplo: Betelgeuse (M2Ib): L= L Sol II Gigantes luminosas. Exemplo: Antares (M1II): L=4.875 L Sol III Gigantes. Exemplo: Aldebarã (K5III): L=100 L Sol IV Subgigantes. Exemplo: Acrux (Crucis) (B1IV): L=30,76 L Sol V Anãs (seqüência principal). Exemplo: Sol (G2V): L=1 L Sol VI Sub-anãs VII Anãs brancas

35 Espectroscopia

36 Diagrama de Hertzsprung Russell Diagrama HR Descoberto independentemente pelo dinamarquês Ejnar Hertzsprung ( ), em 1911, e pelo americano Henry Norris Russell ( ), em 1913, como uma relação existente entre a LUMINOSIDADE de uma estrela e sua TEMPERATURA SUPERFICIAL

37 Diagrama HR

38 Diagrama HR

39 Diagrama HR Satélite Hipparcos Mais de estrelas

40 Evolução estelar

41 Referências K. S. Oliveira F o. e M. F. O. Saraiva. Astronomia e astrofísica, 2 a. ed. São Paulo: Livraria da Física, 2004 W. J. Maciel (ed.). Astronomia e astrofísica. São Paulo: EdUSP, 1991 D. Halliday, R. Resnick e J. Walker. Fundamentos de física, v. 4, 8 a. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009