Sistemas Binários e Buracos Negros Seminário 3 Joseana Souza da Silva Paula Adriana Ramos da Silva Viviane Aparecida Cunha William Douglas dos Reis Porto Alegre Novembro, 2013
Sumário I. Introdução II. Sistemas Binários 1. Conceituação 2. Classificação a) Sistema binário aparente b) Sistema binário visual c) Sistema binário espectroscópico d) Sistema binário eclipsante III. Buracos Negros 1. Conceituação 2. Origem IV. Refererências
I. Introdução Desde o séc. XVI, o campo da astronomia tem sido guinado com a revolução heliocêntrica e a gravitação universal; no alvorecer do séc. XX, a física relativística de Einstein e de outros percussores abalou o mundo macroscópico e o quântico. A trabalho a seguir expõe uma possível aplicação da mecânica clássica, da gravidade com o fator massa de Brahe, Kepler e Galileu e do que há mais estranho na mecânica celeste do nosso século, a gravidade com o fator espaço-tempo os buracos negros.
II. Sistemas Binários Figura 1 Concepção artística de um sistema binário eclipsante
1. Conceituação Quando há um sistema estelar, no qual há duas estrelas orbitam-se entre si, ou melhor, um centro de massa em comum (CM), denomina-se sistema binário. Animação 1 Estrela binária de massas semelhantes.
1. Conceituação (cont.) Além de sistemas duplos, pode-se encontrar sistemas múltiplos (HETEM, PEREIRA & OLIVEIRA, 2010) Figura 2 Concepção artística de um sistema triplo chamado HD1888753.
1. Conceituação (cont.) 1669 Geminiano Montanari (1632-1687) 1783 John Goodricke (1764-1786) 1804 William Herschel (1738-1822) 1827 Felix Savary (1797-1841) 1889 Edward C. Pickering (1846-1919) Antonia C. P. P. Maury (1886-1952) 1908 Edwin B. Frost (1866-1935) Friedrich W. H. Ludendorff (1873-1941)
1. Conceituação (cont.) Através das leis da gravitação universal é possível deduzir uma série de importantes parâmetros estelares, tais como massa, raio, temperatura superficial, período de rotação, etc. Figura 3 Extraído de HETEM, PEREIRA & OLIVEIRA, 2010, p. 105.
1. Conceituação (cont.) Denomina-se primária a estrela mais brilhante do par e secundária, menos brilhante. Figura 4 Binárias Albireo, da constelação de Cygnus.
2. Classificação De acordo com as autoras Hetem, Pereira & Oliveira (2010, p. 103), os diferentes tipos de binárias são identificados de acordo com suas características físicas e por motivos observacionais, classificando-as em binárias aparentes, visuais, astrométricas, espectroscópicas e eclipsantes. Animação 2 Binárias Algol B orbitando Algol A.
2. Classificação (cont.) Binárias Aparentes : quando não formam um sistema ligado, pois estão a diferentes distâncias do Sol, aparentemente constituem um par. Figura 5 Aglomerado de estrelas Caixa de Joias.
2. Classificação (cont.) Binárias Visuais: formam um sistema ligado que pode ser identificado com um telescópio, observando-se a separação entre as duas estrelas. Figura 6 Binárias Sirius A e Sirius B.
2. Classificação (cont.) Binárias Espectroscópicas: conforme os astrônomos Oliveira Filho & Saraiva (2013, p. 182), quando a natureza binária da estrela é conhecida pela variação de sua velocidade radial, ou seja, o afastamento ou a aproximação ( efeito Doppler ), medida através das linhas espectrais da estrela, que variam em comprimento de onda com o tempo. Figura 7 Espectroscopia.
2. Classificação (cont.) Figura 8 Estrelas Binárias espectroscópicas
2. Classificação (cont.) Animação 3 Disponível em: http://csep10.phys.utk.edu/astr162/lect/binaries/spectroscopic.html
2. Classificação (cont.) Binárias Eclipsante: quando a órbita do sistema está de perfil para nós, de forma que as estrelas eclipsam uma à outra (OLIVEIRA FILHO & SARAIVA, 2013, p. 183). Figura 9 Sistema binário eclipsante Algol.
2. Classificação (cont.) Binárias Eclipsante: Esta sequência zoom começa com uma imagem de grande angular do céu austral, aproximando-se em seguida de uma das galáxias mais próximas da Via Láctea - a Grande Nuvem de Magalhães. No seio desta galáxia foram identificadas várias estrelas binárias eclipsantes muito raras, tênues e frias. À medida que as duas estrelas orbitam em torno uma da outra, vão passando em frente uma à outra, de modo que o seu brilho combinado, visto de longe, diminui. Ao estudar como é que a luz varia e também outras propriedades do sistema, os astrônomos podem medir muito precisamente as distâncias até as binárias eclipsantes. Uma longa série de observações de binárias eclipsantes frias muito raras levou à determinação mais precisa até agora da distância à Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia vizinha da Via Láctea, dando-se assim um crucial passo em frente na determinação de distâncias no Universo. http://www.eso.org/public/brazil/videos/eso1311a/
III. Buracos Negros Figura 10 Concepção artística do sistema GX 339-4.
1. Conceituação É uma região do espaço onde o campo gravitacional é tão intenso que tudo o que passar próximo ao horizonte de eventos é atraído para dentro e nem mesmo a luz consegue escapar (Bergmann et al, 2011). Figura 11 - Distorção da lente gravitacional.
1. Conceituação Após o Big Bang havia grande quantidade de gás no Universo, o que resultou na formação de diversas estrelas. Estas explodiram, devido o colapso gravitacional, formando Buracos Negros. Por fim, os Buracos Negros se fundiram aumentando sua gravidade (Buracos Negros supermassivos). Figura 12 - Fusão de Buracos negros primordiais
1. Conceituação (cont.) Os barcos equivalem a matéria, o vento, a gravidade (1). Horizonte de eventos A água equivale ao espaço (2). Singularidade
Figura 15 - Deformação da malha espaço-tempo pelo Sol, por uma Anã Branca, por uma Estrela de Nêutrons e pelo Buraco Negro.
1. Conceituação (cont.) Buracos Negros são detectáveis no centro de algumas galáxias, o mais próximo encontra-se no centro da Via Láctea (15 AL); Possuem gravidade absoluta; Podem engolir galáxias inteiras; Animação 4 Estrela sendo consumida.
1. Conceituação (cont.) Ajudam na formação de galáxias; Para alguns astrônomos, podem ser a passagem para outros universos; Qualquer coisa que se aproxime estará condenada a ser engolida. Buracos Negros são nômades, vagam pelo universo. Animação 5 Buraco Negro nômade.
2. Origem Algumas estrelas morrem silenciosamente, outras se extinguem em explosões espetaculares e algumas fazem surgir Buracos Negros. Buracos negros nascem de estrelas agonizantes, aquelas que estão fim de sua existência. Presença de ferro no núcleo; O Buraco Negro mais próximo em nossa galáxia possui 30 Km de diâmetro.
2. Origem (cont.) Dentro de estrelas massivas (>10 ), ao final de suas vidas, a tensão fusão nuclear-gravidade fica crítica, quer dizer que a fusão nuclear se encerra e a gravidade vence. Assim, a estrela se autoconsome comprimindo-se e dando origem a uma grande explosão. Figura 16 Tensão fusão nuclear-gravidade
2. Origem Formando uma supernova (>10 (>1o0 ); ) e uma hipernova Figura 23 Supernova de Kepler (SN 1604). Figura 24 Estrela η Carinae, possível candidata hipernova.
2. Origem (cont.) O Buraco Negro acumula gases até não poder mais comportá-los e então explode. Quasares, buracos negros supermassivos, são os objetos mais brilhantes do Universo. Figura 25 Núcleo de um quasar (Telescópio Hubble)
2. Origem (cont.) São expelidas quantidades gigantescas de gás equivalente a dez planetas Terra por minuto. Tal fato, é denominado pelos astrônomos de Vento do Buraco Negro. Provavelmente, toda Galáxia já foi um Quasar (emitem raios-x). Os Quasares se acalmam quando a Galáxia amadurece.
V. Referências BERGMANN, T. S. et al. Buracos Negros. Disponível em: <http://www.if.ufrgs.br/~thaisa/bn/>. Acesso em 17 nov 2013. Como Funciona o Universo? Buracos Negros. Disponível em: <http://www.youtube.com/watch?v=5wzx1q1fmfi>. Acesso em 13 nov 2013. HETEM, J. G.; PEREIRA, V. J.; OLIVEIRA, C. M. Fundamentos de Astronomia. Apostila AGA215. Departamento de Astronomia do IAG. São Paulo (?), 2010. Instituto Astronômico e Geofísico - USP. Sistemas Binários de Estrelas. Disponível em: <http://www.iag.usp.br/siae98/astroleis/binarios.htm>. Acesso 16 nov 2013. OLIVEIRA FILHO, K. S.; SARAIVA, M. F. O. Astronomia e Astrofísica. Departamento de Astronomia - Instituto de Física. Universidade Federal do Rio Grande do Sul: Porto Alegre, 2013.