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Aula 13: Via Láctea
Profª Renata Paes
A Via Láctea
- Em locais escuros e com céu limpo, geralmente distante de grandes cidades, é possível observar
uma faixa esbranquiçada. É a Via Láctea, Galáxia (com G maiúsculo para diferenciar de outras
galáxias) que abriga o Sistema Solar
- Galáxias como a Via Láctea são gigantescos sistemas abrigando centenas de bilhões de estrelas e
outros objetos, como planetas e nuvens de poeira e gás
A Via Láctea
- Na mitologia grega, Zeus teve um filho com uma mortal. Para que a criança obtivesse imortalidade,
Zeus a levou para ser amamentada por sua esposa Hera, que enfurecida, empurrou a criança e
derramou o seu leite pelo céu, formando assim a Via Láctea
- Via Láctea = “caminho de leite”
Peter Paul Rubens - The Birth of the Milky Way, 1636-1637
A Via Láctea
- Em 1610, Galileu Galilei, ao apontar o seu telescópio para o céu, escreveu: “a galáxia de fato não é
nada além de um amontoado de estrelas que formam aglomerados. Para qualquer direção que se
aponte o telescópio, uma vasta quantidade de estrelas imediatamente se mostra, muitas delas
bastante brilhantes, enquanto o número de estrelas pequenas é incalculável."
- Foi através de observações das estrelas, contando-as e calculando as suas distâncias, que os
astrônomos, deduziram o formato e a estrutura da Via Láctea
A Via Láctea
- Em 1750, Thomas Wright sugeriu que a Via Láctea fosse uma casca esférica de estrelas
- Em 1755, Immanuel Kant apresentou o conceito de “Universos ilhas” e que a Via Láctea seria um
entre outros desses Universos
A Via Láctea
- Em 1780, William Herschel e sua irmã, Carolina Herschel, iniciaram estudos quantitativos
realizando contagem de estrelas., supondo mesma luminosidade para todas, podendo assim
calcular as suas distâncias
- Concluíram, então, que a Galáxia teria uma forma achatada e que o Sol estaria próximo ao centro.
Resultando em um mapa como o da imagem abaixo
A Via Láctea
- Em 1922, Jacobus Kapteyn, fazendo suposições mais realistas quanto às magnitudes absolutas,
chegou num modelo da Via Láctea similar àquele do Herschel, um esferóide achatado com
densidade de estrelas diminuindo com a distância do centro.
- Em ambos os modelos, o Sol fica perto do centro, por que ambos não levaram em conta a extinção
interestelar (=> aula Matéria Interestelar), que faz que a distância de vista é comparável em todas as
direções no disco, onde fica a poeira.
A Via Láctea
- Pouco antes, Harlow Shapley tinha encontrado que a distribuição de aglomerados globulares é
centrada na região da constelação Sagitário
- Ele concluiu que o centro da Via Láctea deveria estar naquela direção, a uns 15 kpc do Sol (quase
duas vezes o valor atual), e que o diâmetro deve ser da ordem de 100 kpc (também quase duas
vezes o tamanho atual).
A Via Láctea
O grande debate
- Dizia respeito à natureza das chamadas nebulosas espirais e do tamanho do universo
Harlow Shapley Heber Curtis
- Via Láctea muito
grande
- Sol a uns 15 kpc
do centro
- Nebulosas fazem
parte da galáxia
- Via Láctea pequena
- Sol está no centro
- Nebulosas são
“universos ilhas”
A Via Láctea
- O Grande Debate ficou inconclusivo por alguns anos, até que o astrônomo Edwin Hubble,
utilizando o seu telescópio Hooker de 100 polegadas, conseguiu medir a distância de estrelas em
Andrômeda (M31), confirmando os argumentos de Curtis que a Via Láctea era só mais uma entre
tantas galáxias
- Importante salientar que, Curtis cometeu alguns erros como o cálculo do diâmetro da nossa
galáxia, e, por sua vez Shapley não chegou apenas a conclusões erradas. Ele argumentou,
corretamente, que o Sol se situa perto dos limites da nossa galáxia, enquanto Curtis nos tinha
colocado bem no centro
Via Láctea
- O fato de nos encontrarmos no Disco dificulta a determinação da estrutura por dois
motivos:
● motivos geométricos (é difícil determinar a estrutura de um disco, se você está
dentro dele)
● A poeira interestelar, que só teve seu papel bem estabelecido em 1930, bloqueia
nossa visão em diversas direções dentro do disco
Poeira
Janela
Uma zona com pouco
poeira, que permite a
observação
Ex: bojo da Galáxia
Via Láctea
- A observação da Via Láctea tem sido feita não só em luz visível, mas em diversos comprimentos
de onda do espectro eletromagnético, desde o infravermelho, onde é melhor a observação, pois é
onde a poeira é menos opaca, até raios X e gama, que permitem sondar as estruturas além das
faixas de poeira até seus confins
ÓPTICO
INFRAVERMELHO
Via Láctea
Morfologia da Via Láctea
- Usando os dados disponíveis hoje, o modelo da Galáxia afirma que ela consiste de:
● Disco, onde estão a maioria das estrelas, incluindo o Sol
● Bojo ou Bulbo central, contendo estrelas, gás e poeira
● Halo Estelar, contendo estrelas e os aglomerados globulares do Shapley
● Halo de Matéria Escura
● O Núcleo, contendo um Buraco Negro supermassivo
Morfologia da Via Láctea
Populações Estelares
- O conceito foi desenvolvido pelo astrônomo Walter
Baade (1893-1960) na década de 1940, que ao
observar a Galáxia de Andrômeda (M31), notou que
os componentes estelares da galáxia não se
diferenciavam somente pela sua localização, mas
também pela diferença de idades e sua ligação com
a composição química. Então, dividiu as estrelas da
galáxia em dois grupos
Populações estelares
- População I: estrelas típicas para a vizinhança solar (estrelas "normais") - Estrelas OBazuis, novas, nebulosas planetárias. Estas também se encontram em aglomeradosabertos, no meio interestelar e nos braços espirais. Têm alta metalicidade e sãofrequentemente jovens
- População II: Na Via Láctea, as “estrelas de alta velocidade” (Halo) aglomeradosglobulares: Gigantes Vermelhas, sub-anãs. Estrelas velhas de baixa metalicidade
- Atualmente o termo População Estelar é usado também para conjuntos de estrelas com
história de formação em comum
Aglomerados Estelares
- Aglomerados globulares
● Formados por meio de nuvens
moleculares gigantes
● Contêm mais de 1000 membros
● Compactos
● Possuem formato esférico
● Suas estrelas figuram entre as mais
velhas da Galáxia
Omega Centauri
Aglomerados Estelares
- Aglomerados abertos
● Forma e dimensões variadas
● Possuem poeira e gás, o que indica que
são objetos jovens
● O número de estrelas varia entre 100 e
1000
NGC 4755 (também conhecido como Caixa de Joias,
Aglomerado Kappa Crucis e Caldwell 94)
Aglomerados Estelares
Aglomerados abertos
Maioria no Disco
Aglomerados globulares
Maioria no Halo
Disco Galáctico
- A Via Láctea é provavelmente uma galáxia espiral (=> aulas galáxias) com um disco estelar
contendo os Braços Estelares.Estima-se que o diâmetro do disco está entre 40 kpc a 50 kpc. O Sol
fica a R0 ≈ 8 kpc do Centro Galáctico e ~30 pc “acima” do plano
- Formado pelas estrelas mais jovens de cor azulada, além das nuvens de poeira, gás e poraglomerados abertos. As estrelas do disco, têm um movimento de translação em volta do núcleo
- Todas as estrelas que observamos no céu noturno, estão localizadas no Disco Galáctico
- Nas regiões mais centrais do disco é onde ocorre a maior formação de estrelas.
Braços Espirais
- Formados pelo mesmo material que o resto do disco, mas com densidade ligeiramente maior
- São regiões de formação estelar e, por isso, mais brilhantes que o restante do disco
- A Via Láctea tem quatro grandes Braços Espirais:
•Braço de Perseu
•Braço de Norma
•Scutum-Crux
•Carina-Sagittarius
- Existem estruturas menores e bastante comuns, como o Braço de Órion onde está o Sistema
Solar, situado entre o braço de Sagitário e de Perseus
- Também há indícios que a Galáxia possui uma Barra Central de 4.4 kpc de comprimento, sendo
assim, considerada do tipo Espiral Barrada
Braços Espirais
Bojo ou Bulbo Central
- O bojo, é uma região esférica de 2000 pc de raio, envolvendo o núcleo
- É constituído principalmente por estrelas velhas
Messier 81, uma galáxia com bojo bem definido
Halo Estelar
- É uma região aproximadamente esférica que se estende para além do disco, onde está presente
pouca quantidade de gás e poeira e nenhuma atividade de formação estelar
- Esta região da galáxia pode abrigar ainda um grande número de estrelas anãs vermelhas de
pequena massa e pouco brilhantes, o que tornaria difícil sua detecção
- Existem centenas de aglomerados globulares, constituídos por estrelas da população II, que
descrevem uma órbita em torno do centro de massa Galáctica
Palomar 2, um aglomerado globular do halo
galáctico, fotografado pelo Telescópio Espacial
Hubble.
Campo Magnético Galáctico
- A Via Láctea possui um campo magnético
- Usamos a polarização da radiação, tanto óticaquanto a de rádio, refletida pelos grãos depoeira que se alinham com o CampoMagnético Galáctico, para determiná-lo
Campo Magnético Galáctico
- Apesar de fraco, o campo magnético galáctico provavelmente teve um papel importante na formação e naevolução da Via Láctea
- No Disco, o campo segue os Braços Espirais, e é da ordem de 0.4 nT (nanotesla), chegando a 1 μT perto do CentroGaláctico. Para comparação, o campo magnético da Terra é ~50 μT na superfície e um ímã de geladeira comumtem 0,05 T
Curva de Rotação da Via Láctea
- As estrelas da Via Láctea, como o Sol, semovimentam em órbitas circulares em tornodo Centro Galáctico, junto com o gás
- A velocidade de rotação de uma estrela nadistância r do Centro depende da massa daGaláxia contida no espaço no interior da suaórbita
- No caso que toda a massa está concentradano centro, como no Sistema Solar, M(r) = M☉ =const.
Curva de Rotação da Via Láctea
- Porém, estudando a rotação da Galáxia, observa-se que o perfil de rotação cai menos rapidamentecom r aumentando, do que sugerido pelos componentes observados da Galáxia, com estrelas, gásinterestelar etc
- Isso nos leva a pensar que deva existir uma componente extra, invisível na Via Láctea. Essacomponente é chamada de Halo de Matéria Escura
Curva de rotação da Galáxia
À esquerda: Como os cientistas
previram que as “bordas” das galáxias
deveriam ser. À direita: Como os
cientistas agora acham que essas
“bordas” devem ser, girando mais
rápido do que o previsto anteriormente,
indicando que as “bordas” na verdade
não são bordas, mas massa extra
oculta — matéria escura.https://gizmodo.uol.com.br/o-que-e-materia-escura-e-por-que-ninguem-a-encontrou-
ainda/
Halo de Matéria Escura
- Circundando a galáxia, constatou-se a presença
de um halo que se estende para muito além do
disco, composto de matéria escura, cuja
natureza é desconhecida
- A matéria escura compreende cerca de noventa
por cento da massa total da galáxia
Matéria Escura
- É uma forma postulada de matéria não visível, que só pode ser detectada de forma indireta, pela
força gravitacional que exerce
- Corresponde de 5 a 6 vezes a massa da matéria comum
- Não emite nenhuma luz, por isso chamada de “escura”. Enquanto todas as observações de corpos
no espaço são feitas a partir da luz ou de outro tipo de radiação eletromagnética emitida ou refletida
pelos astros, a matéria escura não faz nenhuma dessas coisas, sendo assim “invisível”
Matéria Escura
Espectro eletromagnético. Não há indícios de interação da Matéria Escura com a radiação
eletromagnética
Matéria Escura
- Para tentar identificar e entender a Matéria Escura, alguns modelos foram considerados. Dentre
eles, encontramos duas possibilidades: os MACHOs e os WIMPs
- MACHOs (do inglês, massive compact halo object): São objetos constituídos de matéria comum,
compactos e que emitem pouca ou quase nada de luz. Podemos citar:
● Anãs marrons
● “Jupiters”
● Estrelas comuns, mas de baixo brilho
● Anãs brancas
● Estrelas de Nêutrons
- WIMPs (do inglês, Weakly Interacting Massive Particles): São partículas de interação muito fraca. O
motivo para aceitar estas partículas, também chamadas de WIMP's, como candidatas fundamentam-
se na estimativa da superabundância de elementos leves, apontados pela Teoria do Big Bang. Sua
interação com a matéria seria somente através da força fraca e da gravidade
Como detectar MACHOs?
- Uma das técnicas utilizadas para detectar
MACHOs, é a chamada Microlentes, explicada
pela relatividade geral, e que consiste no
encurvamento dos raios de luz à passagem
na proximidade de um MACHO
- A partir da curva de luz da estrela é possível
determinar a massa do MACHO
Como detectar MACHOs?
- O indício de que um MACHO está passando
em frente a uma estrela de fundo é o pico na
intensidade luminosa da estrela
- O pico é bastante visível e pode ser
observado por telescópios. É possível
também plotar um gráfico mostrando o
quanto a intensidade luminosa aumenta em
um determinado intervalo de tempo
Projeto MACHO
- Foram observadas 12 milhões de estrelas na Grande Nuvem de Magalhães entre 1992 e 1998 comum telescópio no observatório Mt. Stromlo na Austrália
- Detectaram o que seria uma estimativa do número total de MACHOs na Via Láctea
- Determinando as massas desses MACHOs, consegue-se estimar a massa total de MACHOs emnossa Galáxia
Projeto MACHO
- O Projeto e outros similares detectaram vários MACHOs, logo, sabemos que eles existem. Porém,não chegam nem perto do número/massa suficiente para explicar a Matéria Escura na Via Láctea.Eles compõem menos de 1% do número suficiente
- Desse modo, a Matéria Escura deve ser na maioria de WIMPs, que são partículas elementares aindanão detectadas
Centro Galáctico
- A parte mais difícil de observar da Via Láctea é o seu Centro, que está escondido atrás de poeira.Assim, algumas observações são feitas no infravermelho
- Indo mais para o interior, entre os 2 pc centrais, a densidade parece aumentar rapidamente
- Nesta região, as estrelas orbitam um centro de massa, tão rapidamente que é possível observar omovimento
Imagem de estrelas próximas do
centro da Galáxia, observadas
desde 1992
Centro Galáctico
- A estrela mais próxima do Centro Galáctico éa S2. Ela orbita Sgr A* Galáctico em apenas15.2 anos, chegando a 120 UA do Centro,uma órbita só 4 vezes a de Plutão em tornodo Sol!
- Nos 120 UA internos da Galáxia se concentrauma massa de 3,7 milhões MSol, que pode sercalculada a partir da velocidade orbital da S2
Infravermelho, onde vemos centenas
de estrelas próximas de Sagitário A*
Centro Galáctico
- Existe uma fonte misteriosa de radiação
infravermelha nessa região, chamada IRS 16,
que aparentemente é composta de poucas
estrelas de alta massa, mas que não explica
os 3,7 milhões MSol na região
O que poderia ser, então, essa
concentração de massa?
- Observações no rádio mostraram que existe
um disco nuclear de gás neutro de alguns 100
pc a 1 kpc do Centro, um pouco inclinado
com respeito ao Disco Galáctico. De lá saem
filamentos de ~20 pc seguindo o Campo
Magnético Galáctico. Estes indicam um fluxo
de material deixando a região central
Centro da Galáxia visto no rádio
Centro Galáctico
- Um “zoom” na região central deste discorevela a fonte rádio Sagitário A, que pode serestudada com uma resolução de 2 UA,empregando interferometria*
- Lá se encontra um disco molecular de 2 pc a8 pc do Centro, mais de 20 vezes mais quentee 150 vezes mais denso que nuvensmoleculares no Disco
- A única explicação que conhecemos para umobjeto tão denso e escuro é um Buraco NegroSupermassivo, que são BNs formados porimensas nuvens de gás ou por aglomeradosde milhões de estrelas (Ver mais na aula“Objetos compactos: Buracos Negros”).
*https://www.youtube.com/watch?v=bv2ataBdQ78
The Black Hole in the Milky Way.Image Credit: NASA, JPL-Caltech, NuSTAR project
Centro Galáctico
Vizinhança da Via Láctea
- A Via Láctea não está sozinha. Embora a distância que separa as galáxias seja imensa, seus diâmetros são igualmente grandes
- Em comparação com a distância entre as estrelas, as galáxias ficam relativamente perto uma das outras. O que gera interação e, em alguns casos, colisão entre elas
- Quando as galáxias colidem, elas na verdade se atravessam, as estrelas não se chocam,devido às imensas distâncias interestelares. Mas as colisões tendem a distorcer a forma deuma galáxia
Choque Via Láctea e Andrômeda
- Andrômeda é a nossa vizinha galáctica. As duas galáxias estão se aproximando devido àgravidade que exercem uma sobre a outra. Acredita-se que elas começarão a se fundirdentro de 4 bilhões de anos. E dentro de outros 2 bilhões de anos elas deverão ser umaúnica entidade
- As duas galáxias estão separadas por uma distância de 2,5 milhões de anos-luz, mas estãoconvergindo a uma velocidade de aproximadamente 400 mil km/h
- As estrelas individualmente não irão colidir, mas o abalo gravitacional deverá mudar alocalização do Sistema Solar. Nosso sistema provavelmente deverá sobreviver a essa fusão,sendo incorporado na nova galáxia elíptica gigante
Choque Via Láctea e Andrômeda
- É provável que a fusão provoque uma vigorosa fase de formação de novas estrelas e que nuvens de gás serão abaladas e passem a colidir umas com as outras
Simulação da colisão entre as duas galáxias
Resumo Via Láctea
Impressão artística da estrutura da galáxia, baseada nas mais recentes
avanços no mapeamento galáctico
Tabela com informações gerais sobre a Galáxia
Referências bibliográficas
- “O céu que nos envolve”. Disponível em http://www.astro.iag.usp.br/OCeuQueNosEnvolve.pdf
- Aula “Via Láctea” ofertada em 2019 no curso de Astronomia da UFABC. Disponível em
https://astronomiaufabc.wordpress.com/2019/08/26/slides-da-aula-do-dia-24-08-via-lactea/
- Nossa Galaxia: a Via Lactea. Disponível em http://astro.if.ufrgs.br/vialac/vialac.htm
- Galáxias - Via Láctea. Disponível em http://www.astro.iag.usp.br/~aga210/pdf/roteiro19_ViaLactea.pdf
- Noções de astronomia e cosmologia. Aula 10. A Via Láctea. Prof Pieter Westera. Disponível em
http://professor.ufabc.edu.br/~pieter.westera/AstroAula10.pdf
- Via Láctea. Disponível em https://pt.wikipedia.org/wiki/Via_L%C3%A1ctea
- CANDIDATOS À MATÉRIA ESCURA NO UNIVERSO: MACHOs E WIMPs. Disponível em
http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/xmlui/bitstream/handle/riufcg/2773/ELIZANGELA+ANAZILDA+DO+NASCIMEN
TO-DISSERTA%C3%87%C3%83O-PPGF+2018.pdf?sequence=1
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