Ensino de Astronomia UFABC. Aula: Matéria Interestelar e Estrelas I. Universidade Federal do ABC Yuri Fregnani

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1 Universidade Federal do ABC Yuri Fregnani Ensino de Astronomia UFABC Aula: Matéria Interestelar e Estrelas I Como seria o céu noturno sem poluição atmosférica e luminosa - Thierry Cohen - Tokyo 35 41' 36'' N Lst 23:16

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3 O Meio Interestelar

4 O Meio Interestelar A importância de se conhecer o meio interestelar, o meio entre as estrelas, é que nele é onde se formam e nascem as estrelas, e é para onde retorna os elementos químicos criados por elas. O meio interestelar é feito de: 1% de Poeira Interestelar + 99% degás Interestelar Esse meio interestelar compõe entre 10% a 15% da matéria visível da nossa galáxia.

5 Imagem: Ignacio de la Cueva Terregrosa Esculturas da poeira na nebulosa Roseta

6 O Meio Interestelar A temperatura no meio interestelar varia de poucos kelvin até milhares de kelvin, a depender da distância de estrelas ou fontes de radiação. Em zonas escuras, sem estrelas próximas, a temperatura média é de 100 K ou -173,2 C. Como comparação, a menor temperatura já registrada na Terra, foi na Antártida em 2010, quando foi registrado -93 C.¹ ¹

7 O Meio Interestelar As galáxias são completamente cheias pelos gás e poeira do meio interestelar. 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 átomos/cm³. Esses materiais são tão finos que se juntássemos todo o gás e poeira do meio interestelar contido em uma esfera do tamanho da Terra, ele caberia dentro de um dedal.

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9 Do que é feito o Meio Interestelar? A composição química do gás interestelar é bastante simples, sendo distribuído em: 90% Hidrogênio 9% Hélio 1% Elementos pesados (C, O, Si, Mg, Fe) O gás compõe 10% da massa visível da Via Láctea.

10 Do que é feito o Meio Interestelar? Em oposição, a composição da poeira interestelar ainda é pouco conhecida, mas há indícios de que seja formada pelos mesmos elementos pesados do gás, mais gelo sujo, que é uma mistura congelada de água com amônia, metano e outros componentes. Os grãos possuem um diâmetro que varia entre 0.1 a 1 μm. O cabelo humano chega a ser 80 vezes mais grosso, variando entre 18 e 80 μm. Essa poeira interestelar constitui 0,1% da massa da Via Láctea.

11 Do que é feito o Meio Interestelar? A poeira interestelar também desempenha o importante papel de proteger o gás da radiação. Os grãos de poeira aumentam a taxa de formação de moléculas, como o H 2, que ao se formar libera energia, esquentando o grão de poeira.

12 O Meio Interestelar O gás e a poeira do meio interestelar não ficam apenas parados, eles podem se aglomerar. Quando isso acorre, surgem novas estruturas com novas características. A essas estruturas, damos o nome de Nuvens Interestelares.

13 Nuvens Interestelares Nebulosas e Nuvens Moleculares

14 Nebulosa Cabeça de Cavalo Distância da Terra: anoluz Descobrimento: 1800 A imagem é uma combinação digital de imagens tiradas em azul, verde, vermelho, e uma imagem feita em luz infravermelha pela órbita do telescópio espacial Hubble. Crédito: Aldo Mottino & Carlos Colazo, OAC, Córdoba; Infrared: Hubble Legacy Archive 28 de Julho de

15 Nebulosas As nuvens de gás e poeira fazem com o que as estrelas vistas através delas aparentem ter um brilho mais avermelhado. Por conta desse efeito na luz, que consegue atravessar mais ou menos as nuvens, classificamos as nebulosas em dois tipos: Nebulosas de Emissão e Nebulosas de Poeira. Ambas são formadas pelo aglomerado de poeira e gás no meio interestelar, porém possuem algumas características próprias.

16 Nebulosas de Emissão

17 Nebulosas de Emissão Nebulosas de Emissão são extremamente raras, representando apenas 1% das nebulosas existentes. Esse tipo de nebulosa brilha através da emissão de radiação. Elas possuem ao menos uma estrela muito brilhante recémformada em seu interior, produzindo radiação UV. Essa radiação vinda da estrela, faz com que o gás em sua volta se ionize, fazendo com o que o gás passe a emitir luz visível, o que torna a nuvem brilhante. A temperatura nesse tipo de nebulosa pode chegar até 8000 K próximo a estrela.

18 Nebulosa de Emissão em Cepheus Imagem: Digitized Sky Survey, ESA/ESO/NASA FITS Liberator - 5 de agosto 2012

19 Nebulosa Pata de Gato Nebulosa de emissão Brilha em vermelho devido ao Hidrogênio ionizado. Imagem: Roberto Colombari and SONEAR Obs.; Color data: Robert Gendler & Ryan Hannahoe - 18 de Junho de 2014

20 Nebulosas de Poeira Nuvens de Poeira

21 Nebulosas de Poeira Também chamadas de Nebulosas Escuras representam 99% das nebulosas existentes. São regiões bastante escuras do espaço interestelar, uma vez que a luz não consegue ultrapassá-las. Sendo muito mais frias que as nebulosas de emissão, são também mais densas, cerca de 10³ a 10 6 vezes mais. Possuem uma média de 1000 átomos/cm³.

22 Nebulosas de Poeira A maioria das nebulosas de poeira tem um tamanho maior que o nosso sistema solar. Apesar do nome, a nebulosa é constituída principalmente de gás, assim como o meio interestelar. O nome vem do fato de que a absorção da luz ocorre devido à poeira existente na nuvem. Essas nebulosas costumam apresentar formas irregulares.

23 Nuvem Molecular Barnard 68

24 Como é feita a observação das nebulosas? No caso das nebulosas de emissão, podemos detectar a luz que emitem. Esse tipo de detecção nem sempre é possível, seja pela bloqueio da luz por algum motivo ou no caso das nebulosas de poeira. Nesses casos, existe outro modo.

25 Como é feita a observação das nebulosas? O método utilizado para detectar as nebulosas que não emitem luz visível, é procurarmos pela emissão em outros comprimentos de onda. A luz utilizada é na faixa dos 21 cm. Essa luz é emitida pelo H contido na nebulosa.

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27 Nuvem Molecular Barnard 68 vista através do Infravermelho

28 Nuvens Moleculares

29 Orion Nebula: The Hubble View

30 Nuvens Moleculares Nuvens moleculares, como o nome indica, são compostas predominantemente de moléculas, mas ainda se encontra poeira e gás interestelar nelas. São muito maiores do que as nebulosas de emissão e possuem uma alta densidade, podendo atingir 10¹² moléculas/m³.

31 Nuvens Moleculares Algumas vezes, a detecção por luz visível das nuvens moleculares não é possível e, como contém somente hidrogênio na forma de H 2, não se pode detectar por ondas de rádio. Para estudarmos essas nuvens, procuramos por outras moléculas presentes, como CO, ácido cianídrico (HCN), H 2 O e amônia (NH 3 ).

32 Nuvens Moleculares Essas outras moléculas são bilhões de vezes menos abundantes que o H 2 dentro das nuvens moleculares, porém, são muito importantes para determinarmos a estrutura a as propriedades físicas das nuvens. Com o estudo dessas moléculas, é possível concluir os seguintes resultados: 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.

33 Nuvens Moleculares Nuvens moleculares são estruturas muito importantes para a evolução do Universo. Elas são responsáveis pelo nascimento de planetas e outros corpos celestes. É nelas também que surgem um dos corpos celestes mais interessantes, as estrelas.

34 O que são estrelas?

35 O que são estrelas? Dicionário: Estrela é um astro que tem luz e calor próprio e que apresenta um brilho cintilante; nome comum aos astros luminosos que mantêm praticamente as mesmas posições relativas na esfera celeste, e que, observados a olho nu, apresentam cintilação. Essa é uma definição realmente precisa?

36 O que são estrelas? São esferas massivas e brilhantes de gás quente, mantidas íntegras pela gravidade. Para se manterem vivas, usam como fonte de energia a fusão nuclear em seu interior. Nascem pela contração de uma nuvem de gás interestelar.

37 imagens:

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40 Vídeo: Let s talk about size

41 A vida das estrelas Como nascem, vivem e morrem

42 O Nascimento

43 O Nascimento Tudo começa com uma nuvem de poeira, moléculas e gás, chamada Nuvem Molecular Gigante. Elas são os berçários das estrelas. Nesse ambiente, existem tantas moléculas e poeira, que a força gravitacional acaba atraindo-as para perto uma das outras. Quanto mais poeira e mais moléculas se juntam, maior é essa força e mais massa vai se acumulando.

44 Nebulosa M16 - Pilares da Criação Os pilares, nuvens com cerca de 7 mil anos-luz de altura, é um exemplo de Nuvem Molecular Gigante. Crédito: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScl / AURA) Também conhecida como Nebulosa da Águia, é uma das imagens mais famosas do Telescópio Hubble. Foi tirada em Essa imagem mostra apenas o espectro visível

45 O Nascimento A nuvem de gás e poeira é distorcida, perturbada e fragmentada em nuvens menores pela gravidade, que começa a agir devido ao acumulo de matéria.

46 O Nascimento Cada fragmento pode seguir um destino diferente a depender de sua massa. A gravidade começa a forçar a nuvem para um único ponto, aumentando a temperatura do gás.

47 O Nascimento O gás colapsa e começa a girar e achatar, ficando em formato de disco.

48 O Nascimento O disco começa a girar cada vez mais rápido atraindo mais material a sua volta, criando um núcleo denso e quente, chamado de Protoestrela. Nesse estágio, a protoestrela ainda não é visível devido a estar dentro da nuvem de gás. Esse processo demora cerca de ~10 6 anos. O disco protoestelar é o local de formação de possíveis planetas.

49 Disco protoestelar na Nebulosa de Orion 29 de dezembro de 1993 Imagem: CR O'Dell / Rice University; NASA

50 O Nascimento Jato Bipolar Os jatos bipolares afastam a nuvem que encobria a protoestrela. É possível vêla agora. Esses jatos ocorrem devido a grande aceleração da massa que é atraída pela estrela. Essa massa chega a velocidades suficientes para serem ejetadas pelos polos da protoestrela. Podem perturbar outras nuvens moleculares dando origem a novas estrelas. Jato Bipolar

51 O Nascimento Nesse ponto, a protoestrela já está quente o suficiente para começar a fusão de átomos de hidrogênio, criando hélio e energia. A estrela nasce.

52 O Nascimento Bilhões de anos depois, a estrela morrerá. O processo de morte e o que vem depois disso, depende, basicamente, da massa que a estrela acumulou em sua formação.

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54 Porque a nuvem molecular colapsa? Sabemos que a nuvem é formada de poeira + moléculas + gás e, em geral, elas estão em equilíbrio hidrostático. Para que o colapso ocorra, as nuvens devem sofrer algum tipo de perturbação externa. 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 uma estrela: 1) Fragmentação: a nuvem se fragmenta em pedaços menores com densidades médias maiores. 1) Contração (colapso): fragmentos se tornam instáveis gravitacionalmente e colapsam, formando estrelas.

55 Condições para o colapso gravitacional Se a temperatura T é grande, a nuvem é muito quente, 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

56 Porque a nuvem molecular colapsa?

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58 Na próxima aula Evolução estelar Tipos de estrelas Como vivem as estrelas Como morrem as estrelas

59 BÔNUS Fotos de nebulosas

60 Nebulosa da Galinha Fugitiva

61 Nebulosa do Olho de Gato

62 Nebulosa Lagosta

63 Nebulosa Esquimó

64 Nebulosa de Clownface - Cara de Palhaço

65 Nebulosa Homúnculos - Homenzinhos

66 Nebulosa Keyhole - Carina

67 Nebulosa Bola de Neve Azul

68 Nebulosa Pelo de Raposa

69 Nebulosa Red Square - Quadrado Vermelho

70 Links Interessantes Nebulosa de Orion em resolução 4K: Galeria da NASA com fotos de nebulosas: 10 nebulosas com nomes curiosos:

71 Obrigado!