Estrelas Variáveis e Aglomerados de Estrelas

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1 Estrelas Variáveis e Aglomerados de Estrelas - Estrelas Variáveis: relação período-luminosidade (R-PL) - Aglomerados Abertos e Globulares: Idades Diagrama H-R e Diagrama cor-magnitude Sandra dos Anjos IAG/USP Agradecimentos: Prof. Gastão B. Lima Neto AGA semestre/2016

2 Estrelas Variáveis Pode-se observar nas figuras acima que uma das estrelas deste campo tem luminosidade variável. Variação recorrente e periódica: estrelas pulsantes. (cuidado! Não confundir com pulsares!! )

3 Estrelas Pulsantes...classe de estrelas com variabilidade extrínseca e intrínseca São estrelas normais, que em um dado período de sua vida passam por uma fase de instabilidade. Variabilidade extrínseca: variam por razões mecânicas (ex: rotação). Variabilidade intrínseca: variam suas propriedades físicas periodicamente (L, raio e temperatura). São internamente instáveis. Br i l h o

4 Estrelas Pulsantes...localização no D-HR Faixa de instabilidade: Entre a SP e as gigantes vermelhas. Estrelas nesta região pulsam regularmente. Alguns exs: Cefeidas (SG- K e F): variáveis pulsantes de alta massa e período de pulsação entre 1 e 100 dias; amplitude de pulsação: 0,3 3,5 mag RR Lyrae (B8 e F2): variáveis de baixa massa e período de pulsação curto (menos que um dia). Amplitude de pulsação menor que 1 mag. Comuns em aglomerados globulares Variáveis de longo período (~ 1 ano). Ambas estão na fase de queima de He no núcleo.

5 Localização das Variáveis no D-HR

6 Cefeidas Protótipo é Delta Cephei, estrela cuja luminosidade varia de um fator 2,3 (quase uma magnitude) em cerca de 5 dias e 10 horas. A variação da luminosidade pode ser apresentada como uma curva de luz: brilho máximo brilho máximo

7 Cefeidas e RR Lyrae o mecanismo físico da oscilação foi explicado por A. Eddington Quando uma variável Cefeida ou RR Lyrae pulsa, a superfície da estrela oscila como uma mola. Durante uma pulsação, quando a Cefeida está com o raio menor e temperatura maior, o hidrogênio é então ionizado, aumentando o número de partículas e, portanto, aumentando a pressão. O aumento de pressão aumenta o raio, diminuindo a temperatura, recombinando o hidrogênio. Pela redução do número de partículas, a pressão diminui e a estrela se contrai, aumentando a temperatura e recomeçando o ciclo. Consequentemente, o gás dentro das estrelas se esquenta e se esfria alternadamente. O processo é como uma válvula que envolve: a ionização e a recombinação periódica do gás nas camadas mais externas da estrela. Esta oscilação é representada pela curva de luz (ver slide 6)

8 Relação Período-Luminosidade...uma Relação que em 1926 abre as portas para a Astrofísica Extragaláctica... Em 1912, Henrietta Leavitt descobre que o período de pulsação das Cefeidas é proporcional à sua luminosidade intrínseca Mbol = -3,125 logp - 1,525

9 Relação Período-Luminosidade Clássicas ou tipo I: ricas em metais. W Virginis ou tipo II: pobres em metais. Diferentes relações Período-Luminosidade. e a d de nç tu re gni fe di ma 1,5 2 tipos de Cefeidas:

10 Relação Período-Luminosidade Esta relação pode ser utilizada para determinação de distância. Como? 1- Mede-se o período de pulsação......e 2- obtem-se a luminosidade intrínseca. m M = 5 log (Dpc/10) obtemos distâncias até 20 Mpc ( pc).

11 Relação Período-Luminosidade As Cefeidas têm magnitudes médias intrínsecas de MV = 0 a -5. Tomando uma Cefeida de MV = 5, módulo de distância m M = 5 log(dpc/10) a 1 Mpc de distância: sua magnitude aparente será mv = 20. Observável em um bom telescópio de 2,5m de diâmetro. a 20 Mpc de distância: sua magnitude será mv = 26,5. Observável em um bom telescópio de 2,5m de diâmetro no espaço (Telescópio Espacial Hubble).

12 Distância usando Cefeidas Distância 17Mpc

13 Aglomerados de Estrelas...um caminho especialmente útil para estudar os efeitos da evolução das estrelas em diferentes estágios de suas vidas 2 tipos de aglomerados: Aglomerados abertos ou galáctico => estrelas jovens exemplo: Plêiades, Hyades. Aglomerados globulares => estrelas evoluídas Aglomerados Abertos Persei exemplo: M3, M5, Centauro. Em ambos os casos, em aglomerados: as estrelas do aglomerado estão à mesma distância de nós; nasceram juntas. Roth Ritter (Dark Atmospheres)

14 Algumas premissas sobre os aglomerados de estrelas 1a Assume-se que as estrelas foram formadas todas juntas e, portanto, tem a mesma idade 2a Foram formadas do mesmo material no MIS e, portanto, tem a mesma composição química inicial. 3a Devido ao tamanho do aglomerado ser sempre menor do que a distância ao aglomerado, assume-se que as estrelas tem a mesma distância da Terra. 4a Podemos usar a magnitude aparente para indicar a L, já que as estrelas estão a mesma distância.

15 Grupos de Estrelas Jovens: aglomerados abertos ou galácticos localizados em discos de galáxias Estrelas nascem em grupos Aglomerado das Plêiades: ~ 3000 estrelas, 125 pc de distância, 4 pc de diâmetro, ainda se vê o gás em volta das estrelas Rogelio Bernal Andreo (Deep Sky Colors)

16 Aglomerados Globulares: estrelas que nasceram juntas na fase inicial de formação da Galáxia... são, portanto, objetos mais velhos que os aglomerados abertos 100 mil ~ 1 milhão de estrelas ~ pc de diâmetro Encontrados no halo da Galáxia. Há 158 conhecidos na Galáxia. M13 M3

17 Diagrama H-R...Evolução das Estrelas em Aglomerados Sequência principal Gigante vermelha A Se as estrelas nascem juntas, as mais massivas evoluem mais rápido e saem primeiro da SP. B D C E Nebulosa planetária Anã branca

18 Diagrama H-R de aglomerado jovem A maioria das estrelas está na Sequência Principal Aglomerado jovem.

19 Diagrama H-R de Aglomerados Globulares M 67 Qual destes aglomerados é mais velho? (lembre-se, quanto menor a temperatura na Sequência Principal, menor a massa e maior o tempo de vida) NGC 188

20 Diagrama H-R de Aglomerados Para M 67 a idade é estimada entre 2 e anos. Para NGC 188, a idade estimada é de 3,6 109 anos. Qual destes aglomerados é mais velho?

21 Diagrama cor-magnitude Tipo espectral B-V Idade (109 anos) O -0.4 <0.001 B A F G K M 1.6 >100 Qual é a idade do aglomerado de Hyades?

22 Diagrama H-R de Aglomerados Tipo espectral B-V Idade (109 anos) O -0.4 <0.001 B A F G K M 1.6 >100 Qual é a idade do aglomerado de Hyades? Como não há estrelas na SP mais azuis do que B-V = 0.1, então as estrelas O e B já saíram da SP Logo, Hyades deve ter 400 milhões de anos (tempo de vida na SP de uma A0)

23 Diagrama H-R de Aglomerados Tipo espectral B-V Idade (109 anos) O -0.4 <0.001 B A F G K M 1.6 >100 O aglomerado globular M92, em Hércules, é mais velho que as Hyades.

24 Diagrama H-R de Aglomerados...comumente graficado em termos da magnitude aparente e índice de cor > Diagrama cor-magnitude O ponto onde a Sequência Principal termina muda com a idade e é chamado turn-off.

25 No próximo Roteiro 18 veremos objetos que compartilham com as estrelas e que se encontram no Meio Interestelar (MIS), como as nebulosas de emissão, de reflexão ou as escuras, entre outras. Veremos também que ocorrem fenômenos físicos específicos do MIS, como as regiões HII, além de condições físicas raras de extrema baixa densidade, que não podem ser reproduzidas na Terra, e que nos permite entender o comportamento da matéria nestas raras condições. Estes objetos, além das estrelas, compõem um outro Sistema, de enorme relevância, que são as galáxias.