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.

Conservação de

momentum angular: a

medida que uma nuvem

rotante vai diminuindo em

tamanho pelo colapso, a

velocidade de rotação

aumenta

Momento angular

Massa velocidade angular raio2

(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.

Idade do disco da Galáxia < 12 bilhões de anos

DISCO ESPESSO

DISCO FINO

(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 (~ 100106 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

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

Estrelas + velhas

já estão fora do

padrão espiral

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

Massa do volume contido na órbita do Sol

r ~ 8 kpc; v=220 km/s (T ~ 225 × 106 anos)

~ 9x1010

M

2

2

mv GMm GMv

R R R

Força de um corpo que

se move com velocidade

v numa órbita circular

de raio R.

força gravitacional

ou

3

2

( )( )

( )

raio orbital UAM M

período orbital anos

A MASSA DA GALÁXIA

Para medir a maiores distâncias observações do gás em rádio

frequências

velocidade de rotação em cada

ponto da Galáxia

curva de rotação

Região luminosa até 15 kpc ~ 2 x 1011 M

Mas até 40 kpc ~ 6 x 1011

M

região luminosa cercada por

um halo escuro

Se toda a massa estivesse concentrada na região

luminosa vel. orbital diminuiria a partir de 15 kpc

(v2=GM/R)

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.

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.

Terra

Disco

Bojo Centro

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 parsec3 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=104 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