Estrelas norm ais e suas propriedades -...

Eles criaram um a das mais poderosas ferramentas da astronomia moderna: a relação entre temperatura e luminosidade.

Estrelas normais e suas propriedades

Ejnar Hertzprung Henry N . Russel

N otas de aula

Introdução à Astronomia

(AGA210)

Enos PicazzioEnos Picazzio IAGUSP/2006IAGUSP/2006

As estrelas não são iguais, nem im utáveis

Apesar de tratarmos o Sol como uma

estrela padrão, há muitos tipos de

estrelas...e suas

características mudam durante

suas vidas.

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Final de 1910: Ejnar Hertzsprung (Dinamarquês, 1873-1967) e Henry Norris Russel

(Americano, 1877-1952), estudando a relação entre magnitude absoluta e tipo espectral

das estrelas, propuseram independentemente este método poderoso de comparação de

estrelas.

Diagram a Temperatura ×× LuminosidadeDiagram a HR

abscissa: tipo espectraltemperatura.

ordenada: magnitude absoluta

luminosidade

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A distribuição das estrelas

• As estrelas nascem, evoluem e morrem. • Diagrama HR: espécie de relatório com as características individuais típicas dos tipos estelares, considerando estrelas de diferentes idades → permite acompanhar o desenvolvimento de uma estrela, do nascimento à morte. • SP: contém mais estrelas porque énesta fase que a estrela passa a maior parte de sua vida. • Fases seguintes (G, SG e AB):são bem mais curtas, logo há menos representantes.

Como interpretar o diagrama HR?

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Como interpretar o diagrama HR?

Raio, massa e densidade

Raio: • maiores: região superior (gigantes azuis e vermelhas)• menores: região inferior e regiãos das anãs.

Massa: • maiores: extremidade esquerda,• menores: extremidade direita.

Densidade: • maiores: região das anãs • menores: região das gigantes vermelhas

temperatura linhas espectrais tipo

Região das estrelas grandes, massivas, quentes, brilhantes e de vidas curtas

Região das estrelas pequenas, de pouca massa, frias, pouco brilho e de vida longa

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Como interpretar o diagrama HR?

A cor das estrelas é determinada pela temperatura (Lei de W ien)

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Como interpretar o diagrama HR?Diagrama de algumas estrelas conhecidasDiagrama de algumas estrelas conhecidas

RegiãoRegião das das estrelas grandesestrelas grandes, , massivasmassivas, , quentesquentes, , brilhantesbrilhantes e de e de vidas curtasvidas curtas

RegiãoRegião das das estrelas pequenasestrelas pequenas, de , de pouca massapouca massa, , friasfrias, , pouco brilhopouco brilho e de e de vida longavida longa

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Como interpretar o diagrama HR?as temperaturas são semelhantes mas as luminosidades diferem de um fator

100 milhões

As estrelas mais quentes emitem

a maior parte de sua energia na

região espectral de ultravioleta

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5 pc (16,3 aL) do Sol

Linhas correspondente a raios solaresLinhas correspondente a raios solares

Como interpretar o diagrama HR?

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O diagrama HR é também um determinador de distância.

Análise do espectro → tipo espectral

Diagrama HR

Paralaxe espectroscópica

magnitude absoluta (M)

magnitude aparente (m) distância

(M = m + 5 - 5 log d)

Supergigantes brilhantesSupergigantes

Gigantes brilhantes

Gigantes

Sub-gigantes

SP / anãs

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O diagrama HR é também um determinador de distância.

Análise do espectro → tipo espectral

Diagrama HRmagnitude absoluta (M)

magnitude aparente (m) distância

(M = m + 5 - 5 log d)

Supergigantes brilhantesSupergigantes

Gigantes brilhantes

Gigantes

Sub-gigantes

SP / anãs

Pode atingir 30.000 pc

~ 97.800 anos-luz

Paralaxe espectroscópica

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Agrupam ento estelar

• Pela maneira como são form adas, as estrelas têm tendência a se apresentarem agrupadas. Estrelas solitárias são minoria.

• Elas formam sistemas duplos, triplos, quádruplos, quíntuplos, e outros mais complexos, com o os aglomerados.

• As componentes giram ao redor do centro de massa do sistema.

• O s agrupamentos fornecem informações importantes: massas e idades das estrelas, ajudam a testar as teorias de evolução estelar, e estabelecem escalas de distância.

• Pela maneira como são form adas, as estrelas têm tendência a se apresentarem agrupadas. Estrelas solitárias são minoria.

• Elas formam sistemas duplos, triplos, quádruplos, quíntuplos, e outros mais complexos, com o os aglomerados.

• As componentes giram ao redor do centro de massa do sistema.

• O s agrupamentos fornecem informações importantes: massas e idades das estrelas, ajudam a testar as teorias de evolução estelar, e estabelecem escalas de distância.

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Sistem as binários

Compostos de duas estrelasWilliam Herschel: primeiro astrônomo a demonstrar a existência de estrelas duplas, gravitando uma em torno da outra.

• Dupla óptica• Binárias visuais• Binárias espectroscópicas• Binárias eclipsantes

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Diferenças

Dupla óptica Binária Visual

• Ilusão óptica: distâncias diferentes

• Movimentos próprios diferentes e não correlacionados

• Sistema duplo: mesma distância. Estão próximas o suficiente para distinguirmos as duas componentes.

•Movimento orbital mútuo.

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Sistemas duplos tão distantes que não se consegue distiguir as componentes diretamente.

Identificação feita pelos espectros Identificação feita pela curva de luz

Binária espectroscópica Binária Eclipsante

Diferenças

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Binária espectroscópica

Velocidade Radial

Massas estelares

Espectros das estrelas são diferentes

Resultado: um espectro composto

Pelo efeito Doppler pode-se ver deslocamento de linhas em função do movimento orbital

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como a estrela de menor massa move-se mais rapidamente que a de maior massa, a razão entre as velocidades das componentes representa a razão inversa de suas massas.

Binária espectroscópicaum a das componentes apresenta velocidade radial de aproximação, enquanto a outra apresenta velocidade radial de recessão (casos 2 e 4),

e vice-versa.

as linhas se deslocam em sentidos opostos (um a para o vermelho, a outra para o azul).

o tempo decorrido entre os deslocamentos máximos (para o azul e para o vermelho) das linhas determina o período orbital do sistema.

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Binária eclipsante

Q uando a estrela menos luminosa éparcialmente encoberta pela sua companheira, a luminosidade do sistema atinge um valor intermediário (caso 2).

O período orbital é o intervalo de tempo decorrido entre dois picos idênticos (casos 1 e 5, por exemplo).

Estudando detalhadamente o perfil da curva de luz do sistema é possível inferir detalhes da órbita e os raios das componentes.

Posição do plano orbital da binária deve ser favorável à observação do eclipse.

Q uando a estrela mais lum inosa é eclipsada a luminosidade do sistema atinge o valor mais baixo (caso 1)

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Trajetos aparentes de Sirius A e sua companheira Sirius B.

Binária astrométricaApenas a órbita da componente mais brilhante

ao redor do centro de massa do sistema pode ser

observada.

Se a massa da componente visível puder ser estimada,

por exemplo através da luminosidade, então a massa da componente invisível poderá ser

determinada.

Sirius foi a primeira (1830) binária

astrométrica a ser resolvida

Sirius

Sirius A: a mais brilhante

Sirius B: companheira invisível a olho nú.

FZ Orion

Estrela de comparação

Binária eclipsante

As medidas são relativas: compara-se a magnitude variável da binária com a magnitude constante de uma estrela

FZ Orion

Estrela de comparação

FZ Orion-2.9

-2.8

-2.7

-2.6

-2.5

-2.4

-2.3

-2.2

-2.1

-2

-1.90 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Fase

Dife

renç

a de

Mag

nitu

de

12/21/03 I12/21/03 R12/21/03 V12/22/03 I12/22/03 R12/22/03 V

Binária eclipsanteDa diferença de magnitudes entre a estrela de comparação a binária, obtém-se a curva de luz da binária.

O tempo de corrido entre dois picos representa o período orbital.

O plano orbital das componentes pode estar inclinado em relação ao observador.

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Aglomerados: sistemas com mais de um a dezena de estrelasAs componentes de um aglomerado, que podem ser sistemas duplos ou múltiplos, seguem órbitas complexas ao redor do centro de massa do sistema, cada qual afetando a órbita das demais componentes.

Aglomerados abertos• Sistemas dispersos contendo atéalguns milhares de estrelas, encerradas em um volume de raio entre 1 e 10 pc.

• Características mais marcantes: localizados no plano galáctico e constituídos estrelas de População I (estrelas jovens com composição química mais rica em metais) .

• Exemplos: Pleiades (Touro) e Caixa de Jóias (Cruz)

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Aglomerados: sistemas com mais de um a dezena de estrelas

Associações OB: • Agrupamentos de estrelas de tipos espectrais O e B (grandes massas e temperaturas elevadas), concentrados no plano galáctico.

• Por serem jovens, estão próximas do local onde foram formadas;

• Apresentam movimento expansivo (fuga em relação ao centro do aglomerado). A desintegração dessas associações é apenas uma questão de tempo. A constelação de Órion é rica em estrelas O e B, praticamente uma imensa associação OB conhecida por Órion OB 1

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Aglomerados: sistemas com mais de um a dezena de estrelas

Aglomerados globulares• Compostos de dezenas de milhares de estrelas, podendo chegar até um milhão delas. • Forma esférica típica resultado decorrente da ação combinada da força gravitacional das estrelas.

• Estrelas fortemente concentradas na região central do aglomerado.

• Compostos de estrelas de População II [estrelas velhas e com composição química pobre de metais] e estão fora do plano galáctico. São muito brilhantes, observáveis a grandes distâncias (por isso são utilizados como indicadores de distância).

• Exemplo: Ômega Cen