Thales Cerqueira Mendes

UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO - UNIVASF PRÓ-REITORIA DE PESQUISA, PÓS-GRADUAÇÃO E INOVAÇÃO MESTRADO NACIONAL PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA Thales Cerqueira Mendes CLASSIFICAÇÃO, CARACTERÍSTICAS, ORIGEM E EVOLUÇÃO DA VIA LÁCTEA JUAZEIRO 2014

1 Thales Cerqueira Mendes CLASSIFICAÇÃO, CARACTERÍSTICAS, ORIGEM E EVOLUÇÃO DA VIA LÁCTEA Trabalho que compõe as avaliações da disciplina de Física Contemporânea, componente curricular do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física, da Universidade Federal do Vale do São Francisco. Orientador: Dr. Militão Vieira Figueredo JUAZEIRO 2014

2 SUMÁRIO INTRODUÇÃO... 3 1 A VIA LÁCTEA... 4 1.1 Classificação morfológica das galáxias... 6 1.2 Diagrama do índice de cor por massa... 8 1.3 Origem e evolução da Via Láctea... 9 2 CONSIDERAÇÕES FINAS... 10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 10

3 INTRODUÇÃO Da necessidade de divulgação da Ciência e da proposta de uma educação que possa lidar com fenômenos naturais e tecnológicos, presentes no cotidiano do aluno, a Astronomia permite conexão entre componentes curriculares, numa relação que pode ser inter ou transdisciplinar (Aroca, 2009), favorecendo o elo entre Educação, Ciência e Tecnologia. Dessa perspectiva que corrobora com as Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais do Brasil (2006) é que se fará uma revisão bibliográfica sobre a galáxia Via Láctea, abordando suas principais características. A observação e o estudo do Cosmo são, de per si, um elemento motivador, pois estimula a curiosidade e a imaginação. Cabe considerar o efeito qualitativo na contribuição social da divulgação de informações, melhor, conhecimentos, assim como de tecnologias para, não só para o leitor, mas para o seu desdobramento, como verdadeiro links de motivação, curiosidade e valorização da Ciência e da Tecnologia. Por se impraticável sair da Via Láctea para observá-la, devido as suas dimensões e a tecnologia disponível atualmente, os estudos científicos são realizados por modelação e comparação dos fenômenos observáveis de tal forma que se obtém uma boa representatividade da sua estrutura. Este Trabalho apresenta características de uma investigação de natureza bibliográfica, na acepção de Alvarenga (2008), que especifica este padrão metodológico como uma maneira de se fazer um exame da literatura especializada, com o intento de se avaliar o que já se produziu sobre a temática em estudo. Em geral, este padrão metodológico se constitui uma pesquisa qualitativa, com caráter exploratório. Compreende um espectro de diferentes técnicas interpretativas que visam descrever e caracterizar os aspectos relacionados à descrição da Via Láctea. Para esse estudo tomou-se como aporte teórico textos, livros, documentários e vídeo-aulas relacionados ao tema. Para isso se fez um breve histórico dos modelos da Via Láctea até chegar à classificação morfológica. Para subsidiar os estudos da origem e da evolução galáctica, foi necessária a introdução conceitual do digrama de cor por massa.

4 1 A VIA LÁCTEA O Universo observável de hoje, possui cerca de 100 bilhões de galáxias e uma galáxia como a Via Láctea contém cerca do mesmo número de estrelas. A Terra esta no Sistema Solar que por sua vez esta na galáxia Via Láctea. O nome vem do latim e significa via de leite faixa que se destaca na abóbada celeste por parecer ser um borrão claro (figura 1). Figura 1 Faixa da Via Láctea (ESO) 1. É importante destacar que até a década de 1920 não se sabia da existência de outras galáxias, cientificamente. Tudo era a Via Láctea. Foi quando Hubble conseguiu demonstrar que as Cefeidas na nebulosa de Andrômeda (hoje, galáxia de Andrômeda) estavam longe o suficiente para não pertencer a Via Láctea. A primeira tentativa de fazer um mapa da Via Láctea foi realizada por William Herschel (figura 2- esquerda). Mas Herschel não levou em conta a poeira que estava no meio interestrelar e seu modelo foi corrigido por Kapteyn (figura 2- meio). Nesse modelo, o Sistema Solar aparece deslocado o do centro da galáxia. Figura 2 Universo de Herschel, Kapteyn e Shapley, respectivamente. 1 Todas as figuras desse Trabalho foram extraídas de vídeos-aulas da Universidade Virtual do Estado de São Paulo. <http://www.youtube.com/user/univesptv>

5 Estudando a distâncias dos aglomerados globulares, que são regiões densas de estrelas (cerca de 10 mil), Harlow Shapley propõe a distribuição da figura 2 - direita. Sabe-se atualmente que a Via Láctea tem estrutura espiral. Uma galáxia espiral possui um bojo, um disco e um halo. O bojo é a região central da galáxia e se destaca, pois sai do plano galáctico formado pelo disco (figura 3 esquerda). Lá a predominância de estrelas vermelhas 2. O disco é a região que se estende desde o bojo e que formam os braços espirais, ricos em estrelas azuis. Essa região também é rica em gás e poeira que é o alimento das estrelas, sendo assim, berçários estrelares. O halo é uma região que envolve toda a galáxia, possui baixa densidade de estrelas e possui estrelas velhas. A maior massa da galáxia se encontra no halo. Em verdade isso é um mistério. A massa da galáxia deveria ser aproximadamente a massa das estrelas e esse valor é estimado em 10 11 M sol. Porém a massa do halo é estimada em 2x10 12 M sol. Essa diferença não é explicada e é o que se denomina de matéria escura. Figura 3 Via Látea em diferentes perspectivas e a classificação das regiões. Regiões onde há muitas estrelas velhas implicam regiões de pouco gás, pouco alimento e, por isso, as estrelas são velhas. Regiões com bastante gás apresentam muitas estrelas azuis. Essas são mais massivas, tem brilho intenso e vida curta. Por causa desse brilho considera-se a Via Láctea como uma galáxia azul, rica em gás. 2 Os astrofísicos costumam chamar as estrelas amareladas de vermelhas. Na verdade são estrela velhas, diferente das estrelas azuis que são novas. Essa representação esta associada ao diagrama H-R e sua sequencia principal.

6 1.1 Classificação morfológica das galáxias Existem outras formas de galáxias. Morfologicamente elas podem ser espirais (como a Via Láctea e Andrômeda), elípticas (não possuem características externas marcantes e, portanto não tem braços espirais) e irregulares que são amorfas (figura 4). As galáxias espirais são, em geral, azuis; as elípticas são vermelhas, portanto apresentam quase ausência de gás; as irregulares podem ser azuis ou vermelhas. Figura 4 Galáxias espirais, elípticas e irregulares, respectivamente. Quem propôs uma classificação mais criteriosa sobre a morfologia das galáxias foi Hubble. Essa classificação ficou conhecida como garfo ou forquilha de Hubble (figura 5). Figura 5 Classificação morfológica de Hubble. Nessa classificação as elipticas são representadas em função da sua excentricidade de E0 até E7, onde E0 representa uma galáxia de excentricidade

7 zero, ou seja circular. As espirais subdividem-se em espirais sem barra (Sa,Sb e Sc) e com barra (SBa, SBb e SBc) a galáxia espiral da figura 4 é barrada. Nas espirais sem barra, os braços saem do núcleo enquanto nas barradas saem das extremidades das barras. A classificação com letra minúscula (a, b e c) das espirais é para representar a abertura dos braços que estão associados, também, a luminosidade entre o bojo e disco. Dessa forma uma galáxia do tipo Sa tem bojo mais brilhante que o disco, enquanto numa Sc o disco brilha mais. Na Sb a brilho comparável entre bojo e disco. As galáxias do tipo S0 possuem característica das duas categorias. Figura 6 Galáxia M104 (Sa) e a galáxia Andrômed (Sb) com duas galáxias satélites elípticas (E0, acima e E5 abaixo). A classificação de Hubble ganhou outras divisões e há inclusive uma classificação no infravermelho. Na classificação de Hubble a Via Láctea é uma Sbc? ou SBbc?. Figura 7 Galáxia M61 (Sab), semelhante a Via Láctea.

8 Explica-se a simbologia: não há duvida que seja espiral, por tanto S; porém recentemente a indício de que seja barrada, mas há dúvida (que é denotado pela interrogação), por isso SB; seu brilho e abertura dos braços esta entre uma Sb e Sc, portanto, bc. Segue na figura 7 uma galáxia, M61 ou NGC 4303, que se assemelha com a Via Láctea. Várias foram as tentativas se se explicar as evolução das galáxias através da classificação morfológica, mas sem sucesso pois a classificação de Hubble era uma classificação de aparência. Essas tentativas foram impulsionadas pelo diagrama H-R que explicava a evolução das estrelas. Várias foram as tentativas se se explicar as evolução das galáxias através da classificação morfológica, mas sem sucesso pois a classificação de Hubble era uma classificação de aparência. Essas tentativas foram impulsionadas pelo diagrama H-R que explicava a evolução das estrelas. 1.2 Diagrama do índice de cor por massa Dessa forma se fazia necessário uma forma mais eficiente de se analisar as galáxias, por seu espectro, ou seja, pela cor. Na época de Hubble a predominância dos estudos das galáxias se dava na faixa do azul, porém hoje é possível visualizar uma galáxia em quase todo o espectro eletromagnético. Figura 8 Diagrama Cor x Massa. Para tanto foi necessário quantificar a cor através do índice de cor que esta associado a magnitude (U, B e V) da galáxia. Para calcular a massa de uma

9 galáxia, se aplica uma regra que funciona com boa aproximação: o teorema do virial que relaciona a massa e a velocidade de rotação de um a galáxia espiral. Para as galáxias elípticas é possível utilizar o efeito doppler e através do alargamento das linha de absorção, calcular a massa. A figura 8 representa o diagrama índice cor (U-B) por massa. As galáxias ricas em gás, azuis (Espirais), tem índice negativo, enquanto as galáxias vermelhas (Elípticas) tem índice positivo. Esse explica razoavelmente a evolução galáctica. 1.3 Origem e evolução da Via Láctea Sabe-se que a via Láctea possui galáxias satélites e que possivelmente irão ser canibalizadas por ela. Dois exemplos são: a Pequena Nuvem de Magalhães (galáxia irregular, com predominância de estrelas azuis) e a Grande Nuvem de Magalhães (galáxia espiral barrada). Há indícios que nesse momento a galáxia de Sagitário esteja sendo capturada pela Via Láctea. A captura de galáxias pequenas foi importante para a formação da Via Láctea. Mas a Via Láctea não colide apenas com galáxias pequenas, pois o encontro com a galáxia de Andrômeda é certo. Mas como se deu a formação da Via Láctea? Através de canibalismo, colisão e fusão galáctica. Uma modelagem computacional para compreender como a Via Láctea surgiu foi realiza no Centro Nacional de Supercomputação, na Suíça. O supercomputador demorou 8 meses para fazer a simulação e se fosse realizado por computares comuns, levaria 570 anos. Cerca um bilhão de anos após o Big Bang nascem as primeiras galáxias, pequenas, ricas em hidrogênio e em estrelas. As galáxias se atraem por conta da atração gravitacional. Embora as massas dessas galáxias sejam pequenas, há uma quantidade expressiva, levando a sucessivas fusões, aumentando a massa. Se a massa aumenta a força gravitacional aumenta e as fusões aumentam. A última fusão grande de galáxias ocorre aproximadamente a 10 bilhões de anos do Big Bang e começam a formar os braços espirais. Agora cresce lentamente capturando gás e galáxias anãs. Galáxias azuis quando colidem ou fundem podem gerar galáxias azuis ou vermelhas. Se uma azul for grande a outra for pequena o resultado é uma galáxia azul. Porém se elas tiverem tamanhos comparáveis o resultado é uma vermelha. Quando duas vermelhas colidem o resultado é uma vermelha. O fundamento para

10 essa análise esta na massa e na quantidade de gás disponível. Como as galáxias vermelhas a quase ausência de gás, o choque entre as duas não produzirá estrelas novas (azuis). Quando a Via Láctea capturar a Pequena Nuvem de Magalhães, o resultado será uma galáxia azul, pois essa galáxia é muito menor em massa do aquela. Embora a Pequena Nuvem de Magalhães seja azul a quantidade de gás não será suficiente para gerar energia para expulsar o gás da Via Láctea, permanecendo assim, azul. Mas a colisão com Andrômeda, possivelmente gerará energia suficiente para a criação de supernovas, uma fantástica explosão de bilhões de supernovas. A energia liberada por essas estrelas queimará e expulsará o gás do meio intergaláctico, resultado da fusão entre as duas galáxias. Em curto prazo essas estrelas que são massivas e tem vida curta, seguindo a sequência principal do diagrama H-R, tornam-se vermelhas. Assim a galáxia sem gás não produz mais estrelas e ficará vermelha. 2 CONSIDERAÇÕES FINAS Considerando a relevância pedagógica do Trabalho proposto que é uma revisão bibliográfica, quando se busca caminhar para a finalidade especial do aprender a aprender, tendo como base os princípios pedagógicos estabelecidos em legislação vigente contextualização e interdisciplinaridade - fica automaticamente comprovada a sua relevância social, na perspectiva da divulgação da Ciência e em especial a Astronomia. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALVARENGA, E. M. Metodologia de la investigación cuantitativa y cualitativa. Assunción: A4 Diseños, 2008. AROCA, S. C. Ensino de Física Solar em um Espaço Não Formal de Educação. Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo, 2009. BRASIL; MINISTÉRIO DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA; INPE. Introdução à Astronomia e astrofísica. São José dos Campos: INPE, 2003. BRASIL; MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO. PCN+ Ensino Médio: Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais Física, 2006.

11 BRASIL; OBSERVATÓRIO NACIONAL. Astrofísica Geral 2013. <http://www.on.br/ead_2013/>. DAMINELE, A.; STEINER, J. Fascínio do Universo. São Paulo: Câmara Brasileira do Livro, 2010.