F031/032 : Tópicos T Astronomia e Astrofísica

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1 F031/032 : Tópicos T em Astronomia e Astrofísica sica Prof. Ernesto Kemp Prof. Pedro C. Holanda UNICAMP IFGW DRCC kemp@ifi.unicamp.br holanda@ifi.unicamp.br Programa do Curso (KEMP) Conceitos básicos de astronomia e astrofísica A esfera celeste: astronomia de posição Mecânica Celeste Caracterização das estrelas: magnitudes, índice de cor, diagrama de Hertzprung-Russell Física Estelar Processos radiativos, formação e estrutura de linhas espectrais Interiores estelares: equações de estado, fontes e transporte de energia, modelos estelares, a seqüência principal de evolução estelar O Sol: o interior e a atmosfera solares, ciclos solares Processos de formação estelar Evolução estelar Estágios posteriores à seqüência principal Anãs brancas Supernovas Buracos negros Fenômenos extremos Estrelas de nêutrons Pulsares Surtos de raios gama Núcleos Ativos de Galáxias 1

2 F031/032: nosso curso Não vamos decorar nomes de estrelas nem aprender a forma de constelações e mitologia (isso fica por conta de cada um) Não vamos nos aprofundar em Astronomia de posição e técnicas de observação Foco: astrofísica sica estelar: Estrutura, composição, evolução (Kemp) Grandes estruturas Cosmologia (Pedro) Bibliografia Astronomia e Astrofísica Kepler de S. Oliveira Filho, Maria de Fátima O. Saraiva Ed. Livraria da Física, São Paulo, Introduction To Modern Astrophysics Bradley W. Carroll, Dale A. Ostlie Addison-Wesley P. C. Inc., Astrophysical Concepts Martin Harwit, Springer-Verlag,

3 Avaliação Listas de exercícios cios a serem resolvidas durante o curso Em duplas Seminário ou entrevista ao final do curso. NOTA: N = (L + S) / 2 Se N 7,0 ; um abraço, boas férias, f senão => EXAME Nf = (N + E) / 2 Se Nf 5,0 ; aprovado, senão => Lamento muito. Nesse caso, desejo boas férias f de qualquer jeito... MONITORIA Rafael Alves Batista rab@ifi.unicamp.br Horário rio e local a definir 3

4 ASTROFÍSICA SICA Astronomia Do Grego: : astronomia = astron + nomos, "leis das estrelas ; é a ciência dos objetos celestes (estrelas, planetas, cometas, asteróides, galáxias) e dos fenômenos originados fora da atmosfera terrestre. Volta-se para a evolução, física, f química e movimentos dos objetos celestes, bem como da formação e desenvolvimento do universo. Astrofísica sica É o ramo da ASTRONOMIA que estuda a física f envolvida nos objetos celestes o no universo, de maneira mais abrangente. Tem como objeto de investiga gação as propriedades físicas f como: luminosidade, densidade, temperatura e composição química dos objetos celestes (estrelas, galáxias e o meio interestelar), bem como às interações entre os objetos. Cosmologia Trata das estruturas celestes em larga escala e da evolução do universo Engloba uma ampla gama de temas da física: f mecânica, electromagnetismo, mecânica estatística, stica, termodinâmica, mecânica quântica, relatividade, física nuclear, atômica, molecular e física de partículas elementares. Considerações sobre Astrofísica: sica: A astrofísica é uma CIÊNCIA, e para tanto, requer OBSERVAÇÕES sistemáticas Classificação de objetos Fonte de informação: RADIAÇÕES em seu conceito mais amplo : Radiação eletromagnética tica (em todo o espectro) Partículas Ondas gravitacionais (?) 4

5 Considerações sobre Astrofísica: sica: Classificação de objetos celestes Propriedades dos objetos celestes Astrofísica sica dos objetos Estrutura do Universo Posições e Distâncias Um pouco de História Registros de observações datados de 3000 A.C. Chineses, babilônios, assírios e egípcios, maias Objetivo: controle da passagem do tempo p/ fins práticos e religiosos GRÉCIA e ARÁBES Ápice do desenvolvimento da astronomia antiga: ~ 500 A.C. a 500 D.C. 5

6 Arqueoastronomia Alguns nomes e fatos Pitágoras ( A.C.): Crença a na esfericidade terrestre e de outros objetos, encravados nas esfera celeste que se movia. Aristóteles teles ( A.C.): Fases da Lua, argumentação da esfericidade terrestre (sombras Terra + Lua). Universo esférico e finito Aristarco ( A.C.): Propôs o movimento da Terra em torno do Sol e métodos m de determinação de distâncias Erastótenes tenes ( A.C.) Mediu o diâmetro da Terra (comparação de sombras em cidades diferentes): 1% de precisão! Hiparco ( A.C.): Observações sistemáticas ticas : catálogo de objetos Ptolomeu ( D.C.) Compilação extensiva de vários v catálogos de diferentes observadores - ALMAGESTO 6

7 ALMAGESTO Astrofísica sica Moderna: diferentes canais de informação Desde que Galileu expandiu o alcance do sentido da visão, com uma luneta... 7

8 Considerações sobre Astrofísica: sica: A astrofísica é uma CIÊNCIA, e para tanto, requer OBSERVAÇÕES sistemáticas Classificação de objetos Fonte de informação: RADIAÇÕES em seu conceito mais amplo : Radiação eletromagnética tica (em todo o espectro) Partículas Ondas gravitacionais (?) Considerações sobre Astrofísica: sica: Classificação de objetos celestes Propriedades dos objetos celestes Astrofísica sica dos objetos Estrutura do Universo Posições e Distâncias 8

9 Astrofísica sica Moderna: diferentes canais de informação Radiação Eletromagnética: tica: Raios-γ,, Raios-X, ultravioleta, visível, vel, infravermelho e rádior Astrofísica sica Moderna: diferentes canais de informação Raios Cósmicos: C Partículas de altas energias (E > MeV): p, n, e +/-, núcleos pesados (He, C, Fe), mésons (π, µ,,...) Obs.: também m as respectivas antipartículas 9

10 Astrofísica sica Moderna: diferentes canais de informação Neutrinos: 6 tipos 3 famílias (e, µ, τe antipartículas culas) AGN SN Instrumentos: Ópticos - Telescópios Cerro Tololo (Chile) Mauna Kea (Havaí) 10

11 HUBBLE Space Telescope Instrumentos: Ópticos - Telescópios Óptica adaptativa: Grandes Espelhos, ou conjunto de espelhos menores Óptica dinâmica :: corrigem as distorções atmosféricas Futuro do Hubble (?) 11

12 Instrumentos: Raios gama e X Satélites NASA's Chandra X-ray Observatory GLAST Instrumentos: Raios gama e X Satélites Emissão nestes comprimentos de onda Medidas de ambientes astrofísicos sicos nas vizinhanças as dos objetos celestes Radiação síncrotron: campos eletromagnéticos, ticos, matéria circundante 12

13 Instrumentos: Raios Cósmicos C Balões CREAM Instrumentos: Raios Cósmicos C Balões Composição da radiação cósmica c primária ria Energias baixas (E < TeV) 13

14 Instrumentos: Raios Cósmicos C Satélites 11/julho/2006 Instrumentos: Raios Cósmicos C Satélites Composição da radiação cósmica c primária ria Energias baixas (E < TeV) 14

15 Instrumentos: Raios Cósmicos C experimentos na Terra Instrumentos: Raios Cósmicos C experimentos na Terra Origem e composição da radiação cósmica com E > TeV 15

16 Instrumentos: Telescópios de NeutrinosN Kamiokande AMANDA LVD Instrumentos: Telescópios de NeutrinosN Sondas de regiões profundas de objetos celestes: interior solar, explosões de SN, vizinhanças as de buracos-negros Estudo das propriedades de neutrinos 16

17 Física de Astropartículas IFGW - DRCC Astrofísica Partículas elementares Astrofísica sica Moderna: diferentes canais de informação Ondas Gravitacionais??? Colapso de grandes massas provocariam perturbações no espaço-tempo que se propagam como ondas 17

18 Passemos ao céu... c Como vemos o céu? c Exemplo: constelação de Orion olho mente universo real 18

19 Posições de objetos celestes Posições de objetos celestes O que enxergamos no céu plano 19

20 Posições de objetos celestes Para localizarmos um objeto na abóbada bada celeste precisamos definir DUAS COORDENADAS angulares, distâncias não são necessárias Astronomia de Posição: alguns conceitos 20

21 Astronomia de Posição: alguns conceitos Astronomia de Posição: alguns conceitos 21

22 Astronomia de Posição: alguns conceitos Eclíptica: plano da órbita da Terra em torno do Sol 22

23 Posições de objetos celestes: O céu c u local coordenadas horizontais Plano fundamental: horizonte local A: azimute h: altura z: ângulo zenital Posições de objetos celestes: O céu c u local coordenadas horizontais Azimute: A : ângulo medido sobre o círculo c do horizonte, na direção N-L-S-O, com fim no círculo c vertical do astro 0 o A 360 º, Altura: h: ângulo medido sobre o círculo c vertical do astro, do horizonte ao astro, em direção ao zênite -90 o h 90 º, Distância zenital: z: ângulo medido sobre o círculo c vertical do astro, do zênite ao astro, em direção ao horizonte 0 o h 180 º => z + h = 90 º 23

24 Posições de objetos celestes: O céu c u local coordenadas horizontais O sistema de coordenadas horizontais é um sistema local. As coordenadas (A,h) de um astro dependem do lugar e do instante de observação, portanto, NÃO são características do astro.... Precisamos de outro sistema Posições de objetos celestes: O céu c coordenadas equatoriais α: : ascensão reta δ: : declinação Υ: : ponto vernal, ponto gama, equinócio vernal 24

25 Ponto Vernal: está na reta definida pela intersecção dos planos da eclíptica e do equador celeste. A direção e sentido são precisamente determinadas pela data do equinócio vernal, em 21 de Março (primavera no N, outono no S) Ponto Vernal: Υ Terra em 21/03 : ponto vernal 25

26 Posições de objetos celestes: O céu c coordenadas equatoriais Ascensão reta - α : ângulo medido sobre o equador celeste, com origem no meridiano que passa pelo ponto vernal e fim no meridiano do astro. Varia entre 0h α 24 h (com fácil f conversão p/ graus: 24h 360 º ) Declinação - δ : Ângulo medido sobre o meridiano do astro, com origem no equador e extremidade no astro. Varia entre -90 o δ 90 o Conversões: Coordenadas Horizontais Equatoriais Base de conversão: Tempo Sideral 26

27 Tempo Sideral Dia solar: duas culminações sucessivas do Sol 24 horas Dia sideral: duas culminações sucessivas de um astro 23h:56min Diferença: ~ 1 º extra que a Terra necessita girar devido ao movimento orbital Conversões: Coordenadas Horizontais Equatoriais Variáveis: Latitude, Longitude, Asc.. Reta, Declinação, Dia Juliano, hora local Algoritmo de Conversão: Practical astronomy with your calculator Peter Duffett-Smith Cambridge University Press (1989) Problemas y Ejercicios prácticos de astronomia, B.A. Vorontsov-Veliaminov Veliaminov Editorial MIR, Moscou (1974)... será adicionado à nossa pasta... 27

28 Practical astronomy with your calculator: Peter Duffett-Smith Boa noite! 28