SISTEMAS BINÁRIOS DE ESTRELAS

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1 SISTEMAS BINÁRIOS DE ESTRELAS Jhonathan Facin de Moura [PIBIC Jr/ Fundação Araucária] 1, Tina Andreolla [orientadora] 1, Ricardo Martins [colaborador] 1 1 Área de Física Campus Pato Branco Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR Rodovia do Conhecimento, Km 01. Pato Branco - Pr [email protected], {tina, ricardomartins}@utfpr.edu.br Resumo - Quando se fala em estrelas, costumamos pensar nelas como sendo individuais, porque a nossa estrela, o Sol, é uma estrela solitária. Mas isso não é uma regra. A maior parte das estrelas que podemos ver no céu faz parte de sistemas com duas ou mais estrelas. Se um sistema é composto por duas estrelas, então ele é chamado binário. O foco deste texto é nos sistemas binários, já que esses são representações dos sistemas mais complexos. Mas também são abordados brevemente os sistemas triplos e quádruplos. Palavras-chave: Estrelas, Estrelas binárias, Sistemas binários, Estrelas Múltiplas, Sistemas múltiplos. Abstract: When it comes to stars, we use to think about them as individuals, because our own star, the Sun appears to be a lone star. However this is not the norm. Most stars we can see in the sky are parts of multiple star systems. If there are two stars in the system, it is called a binary star system. The focus of this text is in binary systems, since they are representations of more complex systems. But it also be discussed briefly the triple and quadruple systems. Key-words: Stars, Binary stars, Binary systems, Multiple Stars, Multiple systems. INTRODUÇÃO É importante diferenciar dois termos parecidos, mas que definem situações bem diferentes: estrelas duplas e estrelas binárias. O termo estrela dupla é usado para definir duas estrelas que aparentam estar próximas, e que, entretanto, estão muito distantes uma da outra, não havendo, portanto, interação entre ambas. Já a expressão estrela binária ou sistema binário refere-se a estrelas que interagem gravitacionalmente. Nessas, as duas estrelas descrevem órbitas elípticas onde o centro de massa do sistema ocupa um dos focos de cada uma das órbitas [1]. O primeiro pesquisador a constatar que havia interação entre as estrelas foi William Herschel em Usando as suas medições e as feitas por James Bradley, ele mediu o período da estrela Castor (α Geminorum) como sendo 342 anos [2].

2 METODOLOGIA Este trabalho consiste em pesquisa técnico científica, feito através de levantamento bibliográfico, acompanhado de discussões e comparação entre materiais publicados. RESULTADOS E DISCUÇÕES Nesta seção serão discutidos os elementos envolvidos no estudo e apresentação de sistemas binários. ÓRBITAS DE SISTEMAS BINÁRIOS Cada estrela executa uma órbita elíptica em que o foco da elipse da órbita de cada estrela abriga o centro de massa do sistema (figura 1), e em qualquer instante as estrelas estão em lados opostos do centro de massa. Figura Quando 1: as Representação duas estrelas das do sistema órbitas possuem Fonte: a mesma massa, elas compartilham a mesma órbita circular As distâncias do centro de massa de cada estrela ao centro de massa do sistema sempre seguem a seguinte relação: m, (1) 1 r1 = m2 r2 em que m 1 e r 1 são a massa de uma das estrelas e a sua distância ao centro de massa do sistema (a contar do seu centro de massa) respectivamente, e m 2 e r 2 representam, nessa ordem, a massa da outra estrela e a distância dela ao centro de massa do sistema (também contada a partir do centro de massa da estrela) (figura 2). Figura 2: Representação do centro de massa do sistema Fonte:

3 CLASSIFICAÇÃO DAS ESTRELAS BINÁRIAS São classificadas quanto ao modo que foram descobertas. Existem quatro tipos. Binárias visuais: Em alguns casos o sistema está suficientemente próximo da Terra e as estrelas estão separadas a tal distância que podemos ver as duas separadamente num telescópio. Todavia, essas condições não são frequentes, não sendo possível visualizar as estrelas separadamente. Ainda assim existem métodos indiretos para deduzir que uma estrela é binária. Binárias astrométricas: São detectadas pela oscilação causada pela influência gravitacional de uma companheira não vista na estrela principal (figura 3). Sirius, por exemplo, era uma binária astrométrica, até que passou a ser uma binária visual após conseguir-se uma foto das estrelas do sistema [4]. Figura 3: Oscilação no movimento de Sirius causada por uma estrela companheira. Fonte: Binárias espectroscópicas: Observando o espectro do sistema, é possível ver que as linhas desviam periodicamente, algumas para o azul e outras para o vermelho (figura 4). Há, também, casos em que as linhas espectroscópicas de uma das estrelas são muito mais fortes do que as da outra nos casos mais extremos as linhas de apenas uma das estrelas são visíveis, mesmo assim pode-se deduzir que a estrela é binária porque as linhas desviarão periodicamente. Hoje, a maior parte das estrelas binárias não é visual, é espectroscópica. Figura 4: Fonte: Binárias eclipsantes: Ocorrem quando o sistema está de perfil para o obesrvador. Os eclipses geralmente significam variações no brilho do sistema.

4 BINÁRIAS DE ACREÇÃO Em sistemas binários onde a distância que separa as estrelas é comparável ao seu próprio tamanho, a matéria pode fluir de uma estrela para a outra. Existe um ponto, chamado Ponto de Lagrange, onde o campo gravitacional resultante do sistema é nulo. Caso esse ponto esteja dentro de uma das estrelas, haverá um fluxo da matéria dessa estrela em direção à outra. O esquema (figura 5) quando há ou não fluxo de matéria da estrela vermelha (A) para a estrela azul (B) no primeiro caso não há, enquanto no segundo há posto que nele o Ponto de Lagrange situa-se dentro da estrela vermelha. Repare que em ambos os casos a estrela azul é aquela que possui maior massa [5]. (A) (B) Figura 5: Esquema que mostra quando há ou não fluxo de matéria da estrela vermelha (A) para a estrela azul (B) ESTRELAS MÚLTIPLAS Um sistema múltiplo é composto por vários sistemas binários. Sistemas com três ou mais estrelas podem ser bem instáveis, resultando na ejeção de uma das estrelas do sistema. A seguir uma pequena noção sobre sistemas triplos e quádruplos [6]. Sistemas triplos: São formados por uma estrela binária e uma terceira estrela orbitando essa estrela binária. Geralmente as estrelas que compõem o sistema binário estão bem próximas, enquanto a terceira estrela está mais distante (Figura 6). Um exemplo de sistema triplo é a Alpha Centauri, Figura 6: Representação de um sistema triplo, com um sistema binário (à esquerda) e uma

5 terceira estrela (à direita). Sistemas quádruplos: Geralmente são dois sistemas binários que giram em torno de outro centro comum (Figura 7). Exemplos de sistemas com quatro ou mais estrelas: Alcyone, Castor, Mizar, Eta de Lira. Figura 7: Representação de um sistema quádruplo, com dois sistemas binários. EXEMPLOS DE ESTRELAS BINÁRIAS E MÚLTIPLAS Castor (α Geminorum): É um sistema constituído por seis estrelas. Foi observando esse sistema que Herschel percebeu que algumas estrelas interagem gravitacionalmente com outras [7]. Sirius (α Canis Major): É a estrela mais brilhante no céu noturno. Sirius (Figura 8) é uma binária astrométrica, consistindo em duas estrelas com período de 50,1 anos e separadas por uma distância de aproximadamente 20 unidades astronômicas (UA) uma UA equivale a uma vez a distância da Terra ao Sol. A idade do sistema é estimada em 230 milhões de anos. Sirius A tem massa aproximadamente igual a duas vezes a massa solar, enquanto Sirius B tem quase a mesma massa do Sol. Figura 8: Representação artística de Sirius A e Sirius B. Sirius A é a maior das duas estrelas. Fonte: Antares (α Scorpii): Trata-se uma estrela supergigante. Antares tem uma companheira menor, Antares B. A distância entre ambas é aproximadamente de 574 UA.

6 Figura 9: Representação artística de Sirius A e Sirius B. Sirius A é a maior das duas estrelas. Fonte: Eta Carinae (η Carinae): Um sistema na constelação Carina, a aproximadamente anos-luz do Sol. O sistema Eta Carinae (Figura 10), que contém pelo menos duas estrelas, tem massa estimada em mais de 100 massas solares. Figura 10: Foto tirada pelo telescópio Huble de Eta Carinae e da nuvem de gás em volta dela. Fonte: Epsilon Aurigae (ε Aurigae): É uma estrela na constelação Auriga. Epsilon Aurigae (Figura 11) é um sistema binário eclipsante compreendendo uma estrela supergigante orbitando um objeto desconhecido, possivelmente um sistema binário de duas pequenas estrelas. Figura 11: Representação artística de Epsilon Aurigae. Uma estrela brilhante e a estrela que a acompanha cercada por um disco de poeira. Fonte:

7 Mintaka (δ Orionis): É uma estrela distante 900 anos-luz na constelação de Orion. Junta com Alintak e Alnilam, Mintaka forma o Cinturão de Orion, também conhecido como As Três Marias. O principal componente desse sistema múltiplo eclipsante é um sistema binário consistido de uma gigante e uma pequena (embora mais quente) estrela. O brilho das duas juntas é vezes a luminosidade do Sol com uma massa de 20 massas solares [8]. Alpha Tucanae (α Tucanae): É uma estrela binária na constelação do Tucano. Sua distância do Sol é de 200 anos-luz. Essa estrela é uma binária espectroscópica. O período orbital do sistema é 11,5 anos. Alcyone (η Tauri): É um sistema de estrelas na constelação do Touro e a estrela mais brilhante no enxame aberto das Plêiades. É um sistema eclipsante que está a aproximadamente 370 anos-luz da Terra. Procyon (α Canis Minoris): É a estrela mais brilhante na constelação do Cão Menor, e a sétima mais brilhante no céu noturno. É um sistema binário, constituído de uma estrela branca na sequência principal, chamada Procyon A e uma companheira colapsada anã branca, chamada Procyon B. Assim como no sistema Sirius, a estrela companheira de Procyon foi detectada por dados astrométricos antes de ser visualizada. Alpha Centauri (α Centauri): Também conhecida como Rigil Kentaurus, essa é a estrela mais brilhante da constelação do Centauro. Ela também é a estrela mais próxima do Sol, distante aproximadamente 4,24 anos-luz. Alpha Centauri é um sistema triplo, no qual as duas estrelas principais são separadas por 0,2 anos-luz ou UA. Figura 12: Ilustração artística da vista de um planeta hipotético sem atmosfera orbitando Alpha Centauri A. Fonte: CONCLUSÃO Sistemas binários são sistemas de grande valia científica pois demonstram que como ocorre a interação entre objetos com essas característica, diferenciando-os claramente dos sistemas duplos. AGRADECIMENTOS Deixo meus mais sinceros agradecimentos à Fundação Araucária, pelo fato de ter fomentado minha bolsa e instigado minha curiosidade sobre o mundo que nos cerca. REFERÊNCIAS [1] ASTRONOMIA ONLINE, CENTRO CIÊNCIA VIVA DO ALGARVE. Sistemas estelares. Disponível em:

8 < Acesso em: 30 jun [2] DEPT. PHYSICS & ASTRONOMY, UNIVERSITY OF TENNESSEE. Accreting Binaries. Disponível em: < [3] DEPT. PHYSICS & ASTRONOMY, UNIVERSITY OF TENNESSEE. Astrometric Binaries. Disponível em: < [4] DEPT. PHYSICS & ASTRONOMY, UNIVERSITY OF TENNESSEE. Eclipsing Binaries. Disponível em: < [5] DEPT. PHYSICS & ASTRONOMY, UNIVERSITY OF TENNESSEE. Measuring the Mass of Stars. Disponível em: < [6] DEPT. PHYSICS & ASTRONOMY, UNIVERSITY OF TENNESSEE. Multiple Star Systems. Disponível em: < [7] DEPT. PHYSICS & ASTRONOMY, UNIVERSITY OF TENNESSEE. Spectroscopic Binaries. Disponível em: < Acesso em: 30 jun [8] DEPT. PHYSICS & ASTRONOMY, UNIVERSITY OF TENNESSEE. Visual Binaries. Disponível em: < Acesso em: 30 jun