A nossa Galáxia parte II

A nossa Galáxia parte II

UM MODELO BÁSICO PARA A FORMAÇÃO DA GALÁXIA (a) Nuvens da gás colapsam pela influência de sua própria gravidade e começam a formar estrelas as primeiras estrelas e aglomerados globulares são formados galáxia ainda possui forma irregular (algumas dezenas de kpc em todas as direções) a distribuição e as órbitas das estrelas do halo observadas hoje refletem como estava distribuído o gás na época Idade do halo ~ 12-15 bilhões de anos

(b) As nuvens de gás e estrelas juntam-se por gravidade e mais estrelas são formadas. A rotação faz com que a distribuição de gás + estrelas vá se tornando achatada. DISCO ESPESSO DISCO FINO Conservação de momentum angular: a medida que uma nuvem rotante vai diminuindo em tamanho pelo colapso, a velocidade de rotação aumenta (c) A rotação faz com que haja uma queda de gás e poeira na direção do plano da Galáxia, formando um disco. Nesta fase o halo não forma mais estrelas. Momento angular Massa velocidade angular raio 2 Idade do disco da Galáxia < 12 bilhões de anos

(d) uma nova geração de estrelas começam a se formar neste disco rotante. Estas estrelas percorrem órbitas elípticas e ordenadas

OS BRAÇOS DE ESPIRAIS A descoberta dos braços de espirais na nossa Galáxia foi feita pelo mapeamento da distribuição do gás na nossa Galáxia através da radiastronomia MAPAS DE RÁDIO DA NOSSA GALÁXIA Esboço dos braços de espirais: emissão em rádio da linha de 21-cm do H pelo gás interestelar emissão em várias outras radiofreqüências por nuvens moleculares A radiação emitida pelo gás ou poeira em longos comprimentos de onda atravessa todo o meio interestelar sem serem afetados Pode-se ter medidas das propriedades do meio interestelar a longas distâncias.

OS BRAÇOS DE ESPIRAIS Diâmetro do disco ~ 30 kpc Espessura ~ 300 pc (estrelas) ~ 140 pc (gás) VIZINHANÇA SOLAR

FORMAÇÃO E DURAÇÃO DOS BRAÇOS DE ESPIRAIS Os braços de espirais são formados por: gás poeira estrelas jovens O e B objetos pré-estelares: nebulosas de emissão aglomerados abertos recém formados A conclusão óbvia é que os braços de espirais são regiões de formação estelar do disco, no entanto esta dedução tem um problema...

Como as estruturas espirais sobrevivem por longos períodos de tempo?? O disco rota diferencialmente partes internas levam menos tempo para dar uma volta ao redor do centro do que as externas Se os braços de espirais fossem somente gás e estrelas que orbitam ao longo do resto do disco, a rotação diferencial faria com que estas estruturas fossem desaparecendo rapidamente ao longo do tempo (~ 100 10 6 anos)... No entanto não é o que se observa

Explicação de como os braços de espirais se mantém ONDAS ESPIRAIS DE DENSIDADE os braços de espirais na verdade são ondas de pressão que movem-se através do disco, comprimindo nuvens de gás e provocando a formação de estrelas não são ligadas à matéria do disco, ou seja, não são grandes massas de matéria que são transportadas de um lugar para outro no disco. São somente padrões que se movem através do disco Padrões espirais se mantém intactos apesar da rotação diferencial

Como funciona a passagem destas ondas de pressão pelo material do disco?? A onda de densidade se move mais lentamente do que o material do disco Estrelas + velhas já estão fora do padrão espiral Quando o gás atinge a onda espiral, este gás é comprimido o estrelas são formadas São observados os padrões espirais contendo estrelas brilhantes recém formadas e nuvem de gás e poeira bastante densas

Qual a origem das primeiras grandes ondas espirais??? Especulações teóricas: (a) O efeito gravitacional de nossas galáxias satélites: NUVENS DE MAGALHÃES (b) Instabilidades no gás perto do bojo galáctico (c) Presença de barra no bojo galáctico

Quantas ondas espirais podem ser formadas??? Origem de ondas espirais através de formação estelar TEORIA DA PROPAGAÇÃO DE FORMAÇÃO ESTELAR Explosões de supernovas podem gerar ondas de choque e formar uma nova geração de estrelas Forma somente pedaços de espirais, mas pode explicar a manutenção das ondas de densidade

A MASSA DA GALÁXIA Para discos de galáxias: gás e estrelas seguem leis de Kepler + Newton a vel. orbital em torno de um potencial central cresce com a M central e decresce com a distância ao centro Força de um corpo que se move com velocidade v numa órbita circular de raio R. 2 mv GMm GM v 2 R R R força gravitacional ou MM ( ) 3 raio orbital ( UA) 2 período orbital ( anos) Massa do volume contido na órbita do Sol r ~ 8 kpc; v=220 km/s (T ~ 225 10 6 anos) ~ 9x10 10 M

A MASSA DA GALÁXIA Para medir a maiores distâncias observações do gás em rádio frequências curva de rotação velocidade de rotação em cada ponto da Galáxia

Se Região toda luminosa a massa até 15 kpc estivesse ~ 2 x 10 11 M concentrada na região luminosa vel. orbital diminuiria a partir de 15 kpc (v 2 =GM/R) região luminosa cercada por um halo escuro Mas até 40 kpc ~ 6 x 10 11 M MATÉRIA ESCURA (DARK MATTER)

MATÉRIA ESCURA Não é detectável em quaisquer comprimentos de onda (de raios gama a rádio) a existência é constatada só gravitacionalmente (ex. curva de rotação) Canditados a matéria escura: MAssive Compact Halo Objects (anãs marrons, anãs brancas, etc) Weakly Interating Massive Particles (partículas subatôminas com m, mas sem interação)

A PROCURA POR MATÉRIA ESTELAR ESCURA A distribuição da matéria estelar escura (MACHO) é obtida através de um dos princípios da Teoria Geral da Relatividade de Einstein. Um feixe de luz pode ser desviado por um campo gravitacional

PROCURA DOS MACHOS ATRAVÉS DE LENTES GRAVITACIONAIS Objeto + fraco (objeto lente) no caminho da luz de um outro objeto mais distante e mais brilhante faz com que observemos um aumento de brilho temporário do objeto mais distante. O aumento e duração do brilho depende da massa, distância e velocidade do objeto lente.

PROCURA DE MACHOS ATRAVÉS DE LENTES GRAVITACIONAIS Estrela distante brilha mais pela passagem de um outro objeto fraco na linha de visada Observações mostram que pelo menos metade da matéria escura obtida por cálculos dinâmicos é formada por MACHOS.

O CENTRO DA NOSSA GALÁXIA Teoria de formação de galáxias espirais prediz que bojos são densamente populados de estrelas (cerca de bilhões de estrelas) O bojo da nossa Galáxia é difícil de observar-se no visível, pois entre o nosso campo de visão e o centro da galáxia existe o meio interestelar do disco que obscurece bastante a luz visível vinda da população de estrelas do bojo. Disco Bojo Centro Terra excetuando-se regiões que chamamos de janelas de Baade (anos 40): regiões onde o meio interestelar do disco não é tão denso e a luz vinda das estrelas do bojo não é tão obscurecida.

Foto no visível da região na direção do centro da Galáxia (direção da constelação de Sagitário) O obscurecimento da luz vinda do centro pelo meio interestelar do disco faz com que o nosso campo de visão no visível seja de até apenas ~ 1/10 da distância ao centro.

Com observações no infravermelho e rádio pode-se observar regiões mais profundas no bojo. Imagem no infravermelho da direção do centro da Galáxia (direção da const. de Sagitário) quadrado branco Estas observações indicam uma densidade de ~ 50.000 estrelas por parsec 3 na região do quadrado branco milhões de vezes maior do que a densidade de estrelas na vizinhança solar. boa probabilidade de haver encontros de estrelas ou mesmo colisões!

observações em rádio mostram um anel de gás molecular de ~ 400 pc de diâmetro que contém cerca de 30.000 M de material e que rota com velocidade de 100 km/s.

Imagem em rádio mostra zonas ainda mais profundas na direção central da Galáxia Fonte brilhante = Sagitário A

Anel ou disco rotante de matéria de ~ 5 pc.

imagem em raio X mostra uma fonte bastante energética cercada por uma remanescente de supernova suspeita de buraco negro (Sgr A*)!

Origem da atividade no centro da galáxia (fonte energética) Medidas do alargamento das linhas espectrais no infravermelho indicam que o gás da região está movendo-se em alta velocidade Dada a velocidade do gás, infere-se que para mantê-lo em órbita é necessário que o centro seja bastante massivo > de 1 milhão de M!!! Estas condições de alta massa e pequeno tamanho de Sgr A* indica fortemente a presença de um buraco negro! Atenção: a fonte de energia não é o buraco negro em si e sim o disco de matéria que está sendo atraído pelo intenso potencial gravitacional do buraco negro.

Esquema do que ocorre no centro da galáxia (a) Representação da Galáxia vista de face. Escala = 100 kpc (b) Escala de 10 kpc. Mostra a parte mais interna dos braços de espirais. (c) Anel de matéria de 400 pc (que mostra as obs. em rádio). Bolhas escuras = nuvens moleculares gigantes. Em vermelho claro nebulosas de emissão que estão associadas a formação estelar dentro destas nuvens.

(d) Escala de 100 pc. Em rosa representa a região de gás ionizado pela fonte altamente energética (em vermelho). (e) Escala de 10 pc. Fonte de energia consiste num redemoinho de gás quente (T=10 4 K) que roda ao redor do centro em amarelo. (f) Em amarelo está representado disco de gás quente (T de milhões de K) que rota em alta velocidade ao redor de um suposto buraco negro. observações recentes mostram que Sgr A*não tem mais de 10 U.A.

Observações em altíssima resolução dentro de 1 do região centrada em Sgr A* (1 = 0.04 pc = 8000 UA) círculos coloridos = estrelas observadas em diferentes anos mostram as suas órbitas. as acelerações calculadas são consistentes com órbitas ao redor de um objeto extremamente massivo na posição de Sgr A*. períodos das órbitas vão de 1 década e 1 século implicando em uma massa calculada de Sgr A* de 2 a 3 milhões de M