F031/032 : Tópicos T em Astronomia e Astrofísica sica Prof. Ernesto Kemp Prof. Pedro C. Holanda UNICAMP IFGW DRCC kemp@ifi.unicamp.br holanda@ifi.unicamp.br Programa do Curso (KEMP) Conceitos básicos de astronomia e astrofísica A esfera celeste: astronomia de posição Mecânica Celeste Caracterização das estrelas: magnitudes, índice de cor, diagrama de Hertzprung-Russell Física Estelar Processos radiativos, formação e estrutura de linhas espectrais Interiores estelares: equações de estado, fontes e transporte de energia, modelos estelares, a seqüência principal de evolução estelar O Sol: o interior e a atmosfera solares, ciclos solares Processos de formação estelar Evolução estelar Estágios posteriores à seqüência principal Anãs brancas Supernovas Buracos negros Fenômenos extremos Estrelas de nêutrons Pulsares Surtos de raios gama Núcleos Ativos de Galáxias 1
F031/032: nosso curso Não vamos decorar nomes de estrelas nem aprender a forma de constelações e mitologia (isso fica por conta de cada um) Não vamos nos aprofundar em Astronomia de posição e técnicas de observação Foco: astrofísica sica estelar: Estrutura, composição, evolução (Kemp) Grandes estruturas Cosmologia (Pedro) Bibliografia Astronomia e Astrofísica Kepler de S. Oliveira Filho, Maria de Fátima O. Saraiva Ed. Livraria da Física, São Paulo, 2004. Introduction To Modern Astrophysics Bradley W. Carroll, Dale A. Ostlie Addison-Wesley P. C. Inc., 1996. Astrophysical Concepts Martin Harwit, Springer-Verlag, 1988. 2
Avaliação Listas de exercícios cios a serem resolvidas durante o curso Em duplas Seminário ou entrevista ao final do curso. NOTA: N = (L + S) / 2 Se N 7,0 ; um abraço, boas férias, f senão => EXAME Nf = (N + E) / 2 Se Nf 5,0 ; aprovado, senão => Lamento muito. Nesse caso, desejo boas férias f de qualquer jeito... MONITORIA Rafael Alves Batista rab@ifi.unicamp.br Horário rio e local a definir 3
ASTROFÍSICA SICA Astronomia Do Grego: : astronomia = astron + nomos, "leis das estrelas ; é a ciência dos objetos celestes (estrelas, planetas, cometas, asteróides, galáxias) e dos fenômenos originados fora da atmosfera terrestre. Volta-se para a evolução, física, f química e movimentos dos objetos celestes, bem como da formação e desenvolvimento do universo. Astrofísica sica É o ramo da ASTRONOMIA que estuda a física f envolvida nos objetos celestes o no universo, de maneira mais abrangente. Tem como objeto de investiga gação as propriedades físicas f como: luminosidade, densidade, temperatura e composição química dos objetos celestes (estrelas, galáxias e o meio interestelar), bem como às interações entre os objetos. Cosmologia Trata das estruturas celestes em larga escala e da evolução do universo Engloba uma ampla gama de temas da física: f mecânica, electromagnetismo, mecânica estatística, stica, termodinâmica, mecânica quântica, relatividade, física nuclear, atômica, molecular e física de partículas elementares. Considerações sobre Astrofísica: sica: A astrofísica é uma CIÊNCIA, e para tanto, requer OBSERVAÇÕES sistemáticas Classificação de objetos Fonte de informação: RADIAÇÕES em seu conceito mais amplo : Radiação eletromagnética tica (em todo o espectro) Partículas Ondas gravitacionais (?) 4
Considerações sobre Astrofísica: sica: Classificação de objetos celestes Propriedades dos objetos celestes Astrofísica sica dos objetos Estrutura do Universo Posições e Distâncias Um pouco de História Registros de observações datados de 3000 A.C. Chineses, babilônios, assírios e egípcios, maias Objetivo: controle da passagem do tempo p/ fins práticos e religiosos GRÉCIA e ARÁBES Ápice do desenvolvimento da astronomia antiga: ~ 500 A.C. a 500 D.C. 5
Arqueoastronomia http://www.le.ac.uk/archaeology/rug/aa/index.html Alguns nomes e fatos Pitágoras (579-427 A.C.): Crença a na esfericidade terrestre e de outros objetos, encravados nas esfera celeste que se movia. Aristóteles teles (348-322 322 A.C.): Fases da Lua, argumentação da esfericidade terrestre (sombras Terra + Lua). Universo esférico e finito Aristarco (310-230 A.C.): Propôs o movimento da Terra em torno do Sol e métodos m de determinação de distâncias Erastótenes tenes (276-194 A.C.) Mediu o diâmetro da Terra (comparação de sombras em cidades diferentes): 1% de precisão! Hiparco (160-125 125 A.C.): Observações sistemáticas ticas : catálogo de objetos Ptolomeu (85-165 D.C.) Compilação extensiva de vários v catálogos de diferentes observadores - ALMAGESTO 6
ALMAGESTO Astrofísica sica Moderna: diferentes canais de informação Desde que Galileu expandiu o alcance do sentido da visão, com uma luneta... 7
Considerações sobre Astrofísica: sica: A astrofísica é uma CIÊNCIA, e para tanto, requer OBSERVAÇÕES sistemáticas Classificação de objetos Fonte de informação: RADIAÇÕES em seu conceito mais amplo : Radiação eletromagnética tica (em todo o espectro) Partículas Ondas gravitacionais (?) Considerações sobre Astrofísica: sica: Classificação de objetos celestes Propriedades dos objetos celestes Astrofísica sica dos objetos Estrutura do Universo Posições e Distâncias 8
Astrofísica sica Moderna: diferentes canais de informação Radiação Eletromagnética: tica: Raios-γ,, Raios-X, ultravioleta, visível, vel, infravermelho e rádior Astrofísica sica Moderna: diferentes canais de informação Raios Cósmicos: C Partículas de altas energias (E > MeV): p, n, e +/-, núcleos pesados (He, C, Fe), mésons (π, µ,,...) Obs.: também m as respectivas antipartículas 9
Astrofísica sica Moderna: diferentes canais de informação Neutrinos: 6 tipos 3 famílias (e, µ, τe antipartículas culas) AGN SN Instrumentos: Ópticos - Telescópios Cerro Tololo (Chile) Mauna Kea (Havaí) 10
HUBBLE Space Telescope Instrumentos: Ópticos - Telescópios Óptica adaptativa: Grandes Espelhos, ou conjunto de espelhos menores Óptica dinâmica :: corrigem as distorções atmosféricas Futuro do Hubble (?) 11
Instrumentos: Raios gama e X Satélites NASA's Chandra X-ray Observatory GLAST Instrumentos: Raios gama e X Satélites Emissão nestes comprimentos de onda Medidas de ambientes astrofísicos sicos nas vizinhanças as dos objetos celestes Radiação síncrotron: campos eletromagnéticos, ticos, matéria circundante 12
Instrumentos: Raios Cósmicos C Balões CREAM Instrumentos: Raios Cósmicos C Balões Composição da radiação cósmica c primária ria Energias baixas (E < TeV) 13
Instrumentos: Raios Cósmicos C Satélites 11/julho/2006 Instrumentos: Raios Cósmicos C Satélites Composição da radiação cósmica c primária ria Energias baixas (E < TeV) 14
Instrumentos: Raios Cósmicos C experimentos na Terra Instrumentos: Raios Cósmicos C experimentos na Terra Origem e composição da radiação cósmica com E > TeV 15
Instrumentos: Telescópios de NeutrinosN Kamiokande AMANDA LVD Instrumentos: Telescópios de NeutrinosN Sondas de regiões profundas de objetos celestes: interior solar, explosões de SN, vizinhanças as de buracos-negros Estudo das propriedades de neutrinos 16
Física de Astropartículas IFGW - DRCC Astrofísica Partículas elementares Astrofísica sica Moderna: diferentes canais de informação Ondas Gravitacionais??? Colapso de grandes massas provocariam perturbações no espaço-tempo que se propagam como ondas 17
Passemos ao céu... c Como vemos o céu? c Exemplo: constelação de Orion olho mente universo real 18
Posições de objetos celestes Posições de objetos celestes O que enxergamos no céu plano 19
Posições de objetos celestes Para localizarmos um objeto na abóbada bada celeste precisamos definir DUAS COORDENADAS angulares, distâncias não são necessárias Astronomia de Posição: alguns conceitos 20
Astronomia de Posição: alguns conceitos Astronomia de Posição: alguns conceitos 21
Astronomia de Posição: alguns conceitos Eclíptica: plano da órbita da Terra em torno do Sol 22
Posições de objetos celestes: O céu c u local coordenadas horizontais Plano fundamental: horizonte local A: azimute h: altura z: ângulo zenital Posições de objetos celestes: O céu c u local coordenadas horizontais Azimute: A : ângulo medido sobre o círculo c do horizonte, na direção N-L-S-O, com fim no círculo c vertical do astro 0 o A 360 º, Altura: h: ângulo medido sobre o círculo c vertical do astro, do horizonte ao astro, em direção ao zênite -90 o h 90 º, Distância zenital: z: ângulo medido sobre o círculo c vertical do astro, do zênite ao astro, em direção ao horizonte 0 o h 180 º => z + h = 90 º 23
Posições de objetos celestes: O céu c u local coordenadas horizontais O sistema de coordenadas horizontais é um sistema local. As coordenadas (A,h) de um astro dependem do lugar e do instante de observação, portanto, NÃO são características do astro.... Precisamos de outro sistema Posições de objetos celestes: O céu c coordenadas equatoriais α: : ascensão reta δ: : declinação Υ: : ponto vernal, ponto gama, equinócio vernal 24
Ponto Vernal: está na reta definida pela intersecção dos planos da eclíptica e do equador celeste. A direção e sentido são precisamente determinadas pela data do equinócio vernal, em 21 de Março (primavera no N, outono no S) Ponto Vernal: Υ Terra em 21/03 : ponto vernal 25
Posições de objetos celestes: O céu c coordenadas equatoriais Ascensão reta - α : ângulo medido sobre o equador celeste, com origem no meridiano que passa pelo ponto vernal e fim no meridiano do astro. Varia entre 0h α 24 h (com fácil f conversão p/ graus: 24h 360 º ) Declinação - δ : Ângulo medido sobre o meridiano do astro, com origem no equador e extremidade no astro. Varia entre -90 o δ 90 o Conversões: Coordenadas Horizontais Equatoriais Base de conversão: Tempo Sideral 26
Tempo Sideral Dia solar: duas culminações sucessivas do Sol 24 horas Dia sideral: duas culminações sucessivas de um astro 23h:56min Diferença: ~ 1 º extra que a Terra necessita girar devido ao movimento orbital Conversões: Coordenadas Horizontais Equatoriais Variáveis: Latitude, Longitude, Asc.. Reta, Declinação, Dia Juliano, hora local Algoritmo de Conversão: Practical astronomy with your calculator Peter Duffett-Smith Cambridge University Press (1989) Problemas y Ejercicios prácticos de astronomia, B.A. Vorontsov-Veliaminov Veliaminov Editorial MIR, Moscou (1974)... será adicionado à nossa pasta... 27
Practical astronomy with your calculator: Peter Duffett-Smith Boa noite! 28