26/08/2017. Via Láctea. Beatriz Yordaky A Noite Estrelada Vincent Van Gogh (1889)

Transcrição

1 Via Láctea 26/08/2017 Beatriz Yordaky A Noite Estrelada Vincent Van Gogh (1889)

2 Astronomy pic of the day 2008 Jan

3 Via Láctea A Via Láctea é o nome dado para a faixa esbranquiçada que se estende ao longo do céu em uma noite limpa, e também à nossa Galáxia (com G maiúsculo!). Essa faixa brilhante instigou a imaginação de diferentes povos ao longo da História. Para os egípcios, a faixa era comparada ao Rio Nilo; Já para os chineses recebia o nome de Tien Ho (Rio celestial). 3

4 Mitologia grega Héracles, filho de Zeus com uma mortal, foi levado a tomar leite do seio de Hera, esposa de Zeus, com o fim de se tornar imortal. Hera, ao perceber, empurrou Héracles, e seu leite se derramou por todo o céu, dando origem à faixa esbranquiçada que observamos. Justamente, a chamamos de Via Láctea! A origem da Via Láctea Tintoretto ( ) 4

5 Como é a Galáxia da Via Láctea Toda imagem da Galáxia em sua totalidade é uma concepção artística. Embora estejamos presos dentro da Galáxia não sabendo com certeza como ela é, podemos ter um bom palpite baseado em diferentes tipos de observações. Astronomy pic of the day, 2005 January 4 5

6 Um passo importante... Galileu Galilei com sua luneta em 1609 observou que o caráter nebuloso e esbranquiçado da faixa que se estende no céu é na verdade resultado da união de diversas estrelas que nosso olho não consegue resolver. 6

7 Thomas Wright ( ) Uma teoria original ou nova hipótese do Universo (1750): a aparência da Via Láctea como um efeito óptico devido à nossa imersão no que localmente se aproxima de uma camada de estrelas 7

8 Para Wright, a Via Láctea seria uma fina casca esférica de estrelas. Immanuel Kant ( ) Disco de estrelas em formato de lente rotacionando em torno de seu centro. Outras nebulosas estão distantes; são universos-ilha. 8

9 William & Caroline Herschel (1785) Contagem de estrelas ao longo de 683 linhas de visada com o auxílio de um telescópio. As estrelas estariam distribuídas uniformemente. Via Láctea plana Sol localizado bem próximo ao centro 9

10 O Universo de Jacobus Kapteyn 1922 Distâncias estimadas estatisticamente com base em paralaxes e movimentos próprios de estrelas próximas. Assim como Herschel, não considerou extinção interestelar. Estrelas fracas estariam apenas muito longe. Sol também próximo ao centro. 10

11 Harlow Shapley 1921 Fatos: Aglomerados globulares estão uniformemente localizados acima e abaixo da Via Láctea, e estão concentrados ao longo da constelação de Sagitário. 11

12 Onde erraram? Kapteyn: Via Láctea menor do que é! Observações dentro do disco, onde há forte extinção. Houve grande limitação de distância de visão. Shapley: Via Láctea maior do que é! Erros na curva de calibração período-luminosidade das estrelas variáveis. 12

13 Como determinar distâncias? Método da paralaxe: não é útil para distâncias muito grandes. Estrelas, em estágios subsequentes a sequência principal, variam consideravelmente suas luminosidades ao longo do tempo estrelas variáveis. As estrelas variáveis pulsantes (Cefeidas e RR Lyrae) têm uma relação entre sua luminosidade intrínseca e seu período de variação. 13

14 Como determinar distâncias? A luminosidade intrínseca de um estrela se relaciona com a luminosidade aparente por uma expressão que leva em conta distância e extinção interestelar. Sabendo a luminosidade aparente (medição direta) e observando o período de variação, é possível determinar a luminosidade intrínseca e, portanto, a distância à estrela!! 14

15 Como é nosso modelo atual para a Via Láctea? Disco achatado de estrelas com um bojo central; Sol a 8 kpc do Centro Galáctico; Disco de ~30 kpc de diâmetro e ~1 kpc de grossura na região de localização do Sol. 15

16 Terra; Sistema Solar; Braço de Órion, Via Láctea; Nosso endereço cósmico 16

17 Por que não tiramos uma foto da Via Láctea? De todos os nossos artefatos, o que viajou mais longe de casa foi a Voyager 1, atingindo em 25 de Agosto de 2012 o meio interestelar. Data de lançamento: 5 de Setembro de Ela carrega uma mensagem para até 1 bilhão de anos no futuro... 17

18 NASA 18

19 Por que não tiramos uma foto da Via Láctea? Para tirarmos uma foto da Via Láctea seria razoável estar a cerca de 100 mil anos-luz de distância de seu centro Distância atual da Voyager 1 a Terra: ~ km = 0,0022 anos-luz Acompanhe! 19

20 Mais sobre a Via Láctea Uma galáxia é um largo grupo de estrelas, gás, poeira e matéria escura unidos pela gravidade. Ela pode ter diferentes formatos e tamanhos. Todas as estrelas que vemos à noite pertencem à Via Láctea, uma grande Galáxia espiral. Estima-se que existem nela cerca de 100 bilhões de estrelas. 20

21 A morfologia da Via Láctea foi determinada através de observações em comprimentos de onda longos, como rádio e infravermelho, que podem penetrar a poeira presente no plano da Galáxia. 21

22 Estrutura da Via Láctea Bojo central: Região esférica ~2 kpc de raio que envolve o núcleo Galáctico. Brilho amarelado, estrelas mais antigas. 22

23 Estrutura da Via Láctea Disco Galáctico: Contém, além de estrelas (incluindo o Sol), a matéria interestelar (gás e poeira), matéria prima das estrelas. 23

24 Regiões HII O que mais existe no gás interestelar é hidrogênio, que perto de estrelas quentes e massivas se ioniza, brilhando por fluorescência. Assim são as Regiões HII, nebulosas gasosas de emissão. São regiões de formação estelar. A forte linha de emissão de hidrogênio a nm dá às regiões HII a sua característica cor vermelha. Nebulosa de Órion, região HII 24

25 Aglomerados estelares abertos Estrelas se formam em grupos a partir de grandes nuvens de gás molecular. Após o gás remanescente da formação estelar ser expelido, as estrelas se aglomeram por gravidade. Aglomerados jovens são os aglomerados abertos, nos quais as estrelas se distribuem de maneira irregular. Aglomerados abertos se encontram no disco Aglomerado aberto Caixa de Jóias, da constelação Cruzeiro do Sul Galáctico. 25

26 Observação de outras galáxias Estrelas jovens e brilhantes e nuvens de hidrogênio ionizado (regiões HII): importantes marcadores de braços espirais em outras galáxias espirais. Braços espirais são regiões de formação estelar. Os braços são constituídos do mesmo material do resto do disco, mas com densidade maior, suficiente para o colapso de nuvens de gás. Além disso, são também mais brilhantes. Disco: estrelas jovens e aglomerados abertos. M51: galáxia do redemoinho (espiral) 26

27 O disco Galáctico, uma estrutura achatada, mantém a forma graças à rotação em torno do centro da Galáxia. As estrelas da Galáxia giram ao redor do centro assim como os planetas giram ao redor do sol. Estrelas mais próximas ao centro giram mais rapidamente do que as mais afastadas. O Sol tem uma órbita de período de 225 milhões de anos, com uma velocidade de aproximadamente 220 km/s. 27

28 Os braços e as estrelas não giram da mesma forma. Onde os braços e as estrelas giram com a mesma velocidade é chamado corrotação. Os braços espirais podem ser vistos como um congestionamento de órbitas, e são regiões de formação estelar devido a ligeiras sobre-densidades propagando-se pelo disco! 28

29 Distribuição de poeira no Disco Galáctico A poeira interestelar, feita principalmente de silicatos e grafite, concentra-se em nuvens interestelares, que bloqueiam nossa visão em certas direções do disco. A Janela de Baade é uma área do céu com menos poeira interestelar, que nos permite uma visão melhor do centro Galáctico. Observações do disco em infravermelho são interessantes, pois a poeira é mais transparente a esse tipo de radiação. Astronomy pic of the day, 2003 September 28 29

30 Nessa concepção vemos a estrutura de disco e bojo da Via Láctea baseada em medidas de estrelas quentes e jovens (em vermelho) e nuvens ionizadas de gás hidrogênio (em azul). Perseus Sagittarius Orion Spur Outer Norma Scutum-Centaurus 30

31 Estrutura da Via Láctea Há um Halo Estelar esférico formado por aglomerados globulares e um Halo de Matéria Escura, que provavelmente se estende por no mínimo pc, bem além dos limites do disco. Omega Centauri 47 Tucanae 31

32 Aglomerados estelares globulares Na época de formação da Galáxia, aglomerados globulares (muito grandes) foram formados a partir de gigantes nuvens moleculares. Como têm mais estrelas, são mais compactos e apresentam formato esférico. Halo estelar: estrelas velhas e aglomerados globulares 47 Tucanae Omega Centauri 32

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34 Constata-se que a velocidade de translação das estrelas (incluindo o Sol) ao redor do centro da Galáxia é maior do que deveria, considerando a quantidade de matéria visível. Curva de rotação da Galáxia A discrepância entre o esperado e o observado é explicada através da existência de matéria escura! 34

35 Matéria Escura: do que é feita? Debate anos 80: MACHOs Vs. WIMPs MACHOs (MAssive Compact Halo Objects): Objetos de halo massivo e compacto. Ex.: anãs marrons, planetas como júpiter, estrelas de baixo brilho, anãs brancas, estrelas de nêutrons, buracos negros. WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles): partículas massivas interagindo pela força fraca e pela gravitação. Ex.: neutrinos. 35

36 Detecção de um MACHO Lentes gravitacionais: luz é defletida por massa (relatividade geral). Pelo efeito da lente determina-se a massa do MACHO que a ocasiona. Estimando através de observações o número total de MACHOs na Via Láctea, notou-se que não é suficiente para explicar a matéria escura. 36

37 Matéria Escura Deve ser constituída em sua maioria por matéria que interage pouco com a luz e com a matéria comum, de modo que só podemos detectar sua presença através da gravidade WIMPs! 95% da massa da Via Láctea Representação artística do halo de matéria escura da Via Láctea 37

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40 Campo magnético Galáctico Existe um campo magnético da Galáxia que pode ser determinado, por exemplo, através da polarização da radiação refletida por grãos de poeira alinhados ao campo. A origem do campo magnético ainda não é bem entendida, mas sabe-se que ele segue os braços espirais. A imagem ao lado mostra a interação entre a poeira interestelar na Via Láctea e a estrutura do campo magnético da nossa Galáxia. O campo provavelmente teve papel importante na formação e evolução da Via Láctea. Campo magnético ao longo do plano Galáctico 40

41 Via Láctea agora Há 11 bilhões de anos A Galáxia passou por um período de surto de formação estelar entre onze e sete bilhões de anos atrás. 41

42 A Via Láctea em diferentes comprimentos de onda da luz NASA 42

43 No centro encontra-se um buraco negro com mais de 2 milhões de vezes a massa do Sol, inferido principalmente através da observação de estrelas orbitantes bem próximas ao centro. O centro da Via Láctea APOD 2002 October 18 43

44 O centro da Via Láctea: Buraco negro supermassivo É possível descobrir a massa do buraco negro a partir da velocidade de revolução de uma estrela que o orbita, utilizando a Terceira Lei de Kepler. Movimento das estrelas ao redor do BN: _gggkhvfgw É um dos poucos processos na astronomia que acontecem tão rapidamente que é possível observar, o que mostra que deve ser uma massa muito alta mantendo estas estrelas em órbita. 44

45 Vizinhança galáctica Apenas quatro galáxias podem ser observadas a olho nu. As mais próximas são as Grande e Pequena nuvens de Magalhães, galáxias satélites da Via Láctea (~ anos luz de distância). 45

46 A galáxia de Andrômeda, a maior do Grupo Local, está a 2.5 milhões de anos luz, mas está se aproximando de tal forma que é prevista uma colisão com a Via Láctea em 4 bilhões de anos. É considerada galáxia irmã da Via Láctea, por similaridade. Vizinhança galáctica Milky Way and Andromeda Galaxy collision 46

47 A galáxia do triângulo, terceira maior do Grupo Local (logo após a Via Láctea), é uma galáxia espiral a 3 milhões de anos luz, localizada na direção da constelação do triângulo. Vizinhança galáctica 47

48 Pesquisas recentes A pesquisa revela que o Sol reside permanentemente entre dois dos chamados "braços espirais" da Via Láctea. De acordo com os autores, o Sol jamais cruza os braços espirais, o que poupa todo o Sistema Solar de um evento catastrófico. O Sol fica numa região onde o braço espiral gira com a mesma velocidade que ele (raio de corrotação), de forma que não ultrapassará os braços espirais, e nem será ultrapassado por eles. 48

49 Via Láctea 49

50 Galáxias satélites da Via Láctea 50

51 Grupo Local de galáxias (54 galáxias) 51

52 Aglomerado de Virgem ( galáxias) 52

53 Superaglomerado local 53

54 O Universo observável 54

55 Terra; Sistema Solar; Braço de Órion; Via Láctea; Grupo Local; Aglomerado de Virgem; Superaglomerado Local; Universo. Nosso endereço cósmico 55

56 Muito obrigada! Você encontra essa aula em: Dúvidas: / Próxima aula 02/09: Galáxias I 56

57 Referências Astronomy pic of the day. Disponível em: Acesso em 20 de Agosto de Voyager, NASA. Disponível em: Acesso em 20 de Agosto de The Milky Way. Disponível em: Acesso em 20 de Agosto de Lecture 23: The Milky Way (Richard Pogge). Disponível em: Acesso em 20 de Agosto de Noções de Astronomia e Cosmologia, Aula 10 (Via Láctea). Pieter Westera. Disponível em: Acesso em 20 de Agosto de Galaxy formation: The new Milky Way. Disponível em: Acesso em 20 de Agosto de

58 Referências Morfologia da Via Láctea. Disponível em: Acesso em 20 de Agosto de Nossa Galáxia. Disponível em: Acesso em 20 de Agosto de Estrelas variáveis. Disponível em: Acesso em 20 de Agosto de Introdução à Cosmologia. Disponível em: Acesso em 20 de Agosto de O conteúdo do Universo. Disponível em: Acesso em 20 de Agosto de

59 Referências Braços de galáxias espirais. Disponível em: Acesso em 20 de Agosto de The magnetic field along the galactic plane. Disponível em: _plane. Acesso em 20 de Agosto de Sistema Solar está em 'endereço seguro' na Via Láctea, dizem cientistas brasileiros. Disponível em: Acesso em 20 de Agosto de Map of the Universe. Disponível em: Acesso em 20 de Agosto de Nosso lugar no universo. Disponível em: Acesso em 20 de Agosto de