Do Big-bang à Terra 04 06 09 R. Boczko IAG-USP
Uma pedrinha qualquer!
Formação da Terra Universo Terra Sol Cosmologia (formação do Universo) Evolução estelar Cosmogonia (formação do Sistema Solar)
Cosmologia É o estudo do Universo como um todo. Universo é tudo que: Nos influenciou no passado Nos influencia no presente Nos influenciará no futuro
Representação do Universo! Nosso Universo
Além do Universo...? Universo? Isso não existe!
Como explicar a origem e a evolução do Universo a partir dos conhecimentos existentes?
Big Bang Big-bang Pré-big-bang (!?!) Pós-big-bang Existia? Havia matéria? Havia energia? Como era? Óvulo primordial Ocorreu? Como evoluiu? Como será o futuro?
Qual a possível causa do big-bang?
Diferença entre Matéria e Anti-matéria n 0 e - n 0 e + p + p - (Koyno-)Matéria Anti-matéria
Interconversão entre m matéria e energia Tocar matéria com antimatéria a E = (m+a).c 2 E Factível em laboratório atualmente m E Comprimir E a Ainda não foi possível obter em laboratório
Raio do Universo Explicação para o Big Bang Koino-matéria Anti-matéria Luz Presente m + a E E = (m+a) c2 Futuro Tempo
Evolução até estrela
Instantes iniciais Universo primordial do Universo Big-bang Universo (H 2 e He)
Formação de galáxias Universo por fragmentação Galáxias Galáxia de Andrômeda
Contração gravitacional de uma nebulosa Gás Hidrogênio
Nebulosa inicial Nascimento de uma estrela Início das reações de Fusão Nuclear Nasceu a estrela!
O que é uma estrela? É um corpo gasoso no interior do qual ocorrem reações de fusão nuclear formando elementos mais pesados.
Berçário de estrelas
Aglomerado Jovem ( NGC 3293 )
? Porque a estrela não colapsa?
Pressão Térmica Ar frio Balão com mecha apagada Mecha acesa Devido à temperatura, existe a pressão térmica.
(Des)equilíbrio Estático P T < P G Contração P T = P G Equlíbrio P T = Pressão Térmica P G = Pressão Gravitacional P T > P G Expansão
Temperatura e cor de uma estrela?
Temperatura e cor superficiais de uma estrela Quente 60.000 K 30.000 K 9.500 K 7.200 K 6.000 K Sol Fria 5.250 K 3.850 K
Como se formou o Sol e o Sistema Solar? ( Cosmogonia )
Contração da Nebulosa Solar Gás
Achatamento da F Grav. nebulosa F Centríf. v F Grav. F Grav. F Centríf. F Grav.
Formação do Sol e dos Planetas
Formação do Sistema Solar Planeta é sub-produto da formação estelar.
Irmã da Terra Filha da Terra Namorada da Terra Irmã Siamesa da Terra E a Lua, como se formou?
Lua: Irmã da Terra (co-formação) Terra
Lua: 'Terlua' Filha da Terra (centrifugação) Lua Terra
Lua: Namorada da Terra (captura gravitacional) Lua Terra Lua
Asteróide (?) 'Terlua' Lua e Terra: Irmãs siamesas separadas (choque catastrófico) Lua Terra
Choque do cometa Shoemaker-Levy 9 com Júpiter 1994 jul
Resultado dos impactos do Shoemaker-Levy 9 em Júpiter, em 1994
Limpando o Sistema Solar
Sistema Planetário Sujo
Vento Solar Elétrons Sol Radiação (luz) Prótons Radiação (calor) Partículas Alfa (núcleos de Hélio) Perda de massa pelo vento solar = 1 milhão de ton por segundo
Vento Solar Varrendo as imediações do Sol.
Origem dos Cometas Distância entre Sol e Terra: 1 Unidade Astronômica Nuvem de Oort T 1 ua 100 000 ua P 100 bilhões de cometas
Estrutura de um cometa Cometa West Núcleo do cometa Halley Cauda gerada pelo Vento Solar e pela radiação Calor Cabeleira de gás e poeira Sol ~12 x 8 km Rocha recoberta com gelo de água e de CO 2
Como se formou e evoluiu a Terra?
Sol e Planetas do Sistema Solar S o l Mer Vên Ter Mar Plu Ura Net Júp Sat Planetas telúricos Planetas gasosos ou jovianos Em ordem de distância e em escala de tamanho
Distribuição inicial dos elementos químicos do Sistema Solar Nebulosa Solar Elementos pesados Elementos leves Redistribuição dos elementos químicos do Sistema Solar Antes da formação dos planetas Depois da formação dos planetas
Redistribuição dos elementos antes da formação dos planetas Redistribuição Tempo Formação dos planetas
Redistribuição dos elementos dependendo de seus pesos atômicos Elementos pesados Elementos leves Partículas de luz (fótons)
Atrito hidrodinâmico Turbulência + Concentração
Redistribuição dos elementos depois da formação dos planetas Redistribuição Tempo Formação dos planetas
Rochas, gelos e elementos leves Rochas, gelos e elementos leves Sublimação de gelos e evaporação de materiais leves
Limpeza de gelos e materiais leves Rochas, gelos e elementos leves Perde gelos e elementos leves Mantém gelos e elementos leves
Formação da Terra
As 4 forças da natureza GRAVITACIONAL: ocorre entre dois corpos com massas m m F F ELETROMAGNÉTICA: associada com cargas elétricas/fótons q q FORTE: (intranuclear) mantém o núcleo atômico agregado F F Núcleo Atômico Próton Nêutron FRACA: (decaimento beta) permite a radiatividade beta Elétron n = p e
Átomos, moléculas, grãos, planetesimais Átomos + Molécula + Estrutura cristalina ou amorfa Grão + Planetesimal +
Agregação de Planetesimais Feto Terra Formação da Terra Bebê Terra: meio pastosa e muito quente Crosta sólida e mais fria T.C. Chamberlin R.F. Moulton C.F. Weizsäcker Criança Terra Região interna pastosa e quente
Água e atmosfera da Terra
Molhando a Terra... Planetesimal (ou cometa) de gelo Evaporação total Formando os mares Gelo
Criando a atmosfera da Terra Erupção vulcânica Liberou gases presos nos materiais do interior da Terra Atmosfera Atmosfera sem oxigênio
Uso do oxigênio livre Resultado de erupções vulcânicas CO 2 O 2 Componente original da crosta terrestre Atmosfera Fe O 2 + 2 Fe 2 FeO Componente atual da crosta terrestre Só quando todo o Ferro livre na crosta terrestre foi oxidado é que começou a haver Oxigênio livre na atmosfera
Empobrecimento de CO 2 na atmosfera Dióxido de carbono Quartzo (areia) CO 2 + CaSiO 3 SiO 2 + CaCO 3 Silicato de cálcio (tipo de rocha) Carbonato de cálcio (mármore)
Processos para o enriquecimento de O 2 na atmosfera UV 1_ Desintegração de moléculas de água, por UV, entre 100 e 200 km de altura H 2 O 2 2 H 2 O + UV 2 H 2 + O 2 e, 2_ Predominantemente, por fotossíntese. Atmosfera
Água Sais minerais Glucídios Lipídios Moléculas azotadas Fotossíntese Algas e plantas primitivas Luz CO 2 O 2
Voltemos à evolução do Sol
Plêiades Estrelas Jovens
Sol Estrela madura Protoestrela Idade do Sol : 4,52 Bilhões de anos Feto Adolescência Vida Hoje adulta Velhice
E... qual será o futuro do Sol? Peso Leve
Evolução para Gigante Vermelha Região de fusão nuclear
A Gigante Vermelha Sol Terra R=750.000 km d = 150.000.000 km d 150.000.000 km Hoje Num futuro muito distante ( 4,5 bilhões de anos )
Evolução para Nebulosa Planetária e Anã Branca Gigante vermelha Anã Branca Nebulosa Planetária Visão de uma Nebulosa Planetária
Todas as estrelas evoluem como o Sol? Não!
Classificação mássica das estrelas Peso Pena Peso Leve Peso Médio Peso Pesado 0 0,08 4 8 Planeta (anã-marron) Massas solares (aproximadas)
Evolução de uma estrela peso médio Peso Médio
Evolução de estrelas peso médio He C + g O Si + g Fe + g? Nuvem Inicial H He C O Si Fe n Prótons + Elétrons Nêutrons H He + g C O + g Si Fe + g Estrela de nêutrons
Estrutura H He C O Si Fe n inicial de uma estrela de nêutrons Prótons + Elétrons Nêutrons Estrela de nêutrons Raio dezenas de km Densidade bilhões de ton/cm 3
Morte violenta de uma estrela
Estrela Supernova Carbono Elementos mais pesados Explosão catastrófica He C O Si Fe... Cu Ag Pt Au Pb U...
Galáxia parecida com a Nossa Galáxia Morte de estrelas ( Grande Nuvem de Magalhães ) Antes Supernova 1987A Depois
Visão atual da supernova vista pelos chineses em 1054 Nebulosa do Caranguejo ( Constelação do Touro ) Remanescente de Supernova
Evolução de uma estrela peso pesado Peso Pesado
Evolução de uma estrela peso pesado Proto estrela Reação de fusão nuclear Super gigante vermelha Pressão Gravitacional > Pressão Térmica Colapso gravitacional?
Buraco Negro Buraco Negro
Resumo da evolução estelar
Evolução de uma estrela segundo sua massa Massa Marron Peso Pena Nebulosa Peso Leve Peso Médio Gigante Vermelha Super Gigante Vermelha Super Gigante Azul Nebulosa Planetária Anã Branca Estrela de Nêutrons Massa Marron Massa Marron Nebulosa Estrela Supernova Peso Pesado Super Gigante Vermelha Buraco Negro?
Big-bang Uma dúvida... Universo (H 2 e He)
Formação de estrelas na Nossa Galáxia O Sol e nós! Sol Terra Nós
Se o Sol é uma estrela peso leve, sem poder gerar Ferro, por exemplo, então como surgiram os elementos pesados do Sistema solar?
Sol: uma estrela de segunda mão H Nebulosa solar H H He C O Si Fe... Cu Ag Pt Au Pb U... H Nebulosa vizinha Estrela Supergigante Supernova? Estrela remanescente
Ser Humano Matéria prima: Hidrogênio Pedaços de estrelas que explodiram!
Peso Médio Reações de fusão nuclear Super Gigante Vermelha Nebulosa primordial Reciclagem de estrelas Super Gigante Azul Super Gigante Azul Sistema Solar Nebulosa enriquecida Estrela Supernova
Respeito às rochas!
Fim R. Boczko IAG-USP