Ensino de Astronomia UFABC Aula: Via Láctea · Hoje e a nossa Galaxia ... (=>aula Estrelas 2) ... No entanto, depois de estudar as curvas de rotação da Via Láctea e de outras

Universidade Federal do ABCJessica Gonçalves de Sousa

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Ensino de Astronomia UFABCAula:Via Láctea

Uma galáxia é um grande sistema, gravitacionalmente ligado, que consiste de estrelas, remanescentes de estrelas (objetos compactos), um meio interestelar de gás e poeira e um importante componente apelidado de matéria escura.

Galáxia: definição

Arp 274 é um conjunto de 3 galáxias. Na imagem parece que elas vão se chocar, mas elas estão separadas por distâncias gigantescas. [Hubble, NASA]

A palavra “galáxia” deriva do grego “galaxias”, literalmente leitoso, numa referência à nossa galáxia, a Via Láctea.

A galáxia da Via Láctea (Milkyway) possui uma massa de 10¹² massas solares e um diâmetro da ordem de 100 mil anos-luz e estima-se que possua mais de 200 bilhões de estrelas. A parte mais brilhante da Galáxia fica na direção da constelação de Sagitário, sendo melhor observável no Hemisfério Sul durante as noites de inverno, pois é nesse momento que se pode contemplar a porção central da galáxia.

Originalmente: Uma faixa de

luz difusa no céu.Na mitologia grega leitematerna da deusa Hera

jorrado no ceu, quando estadeu um empurrão ao

meninomortal Heracles.

Galileu descobriu em 1610que ela consiste de

estrelas.Hoje e a nossa Galaxia(com G maiúsculo) e o

Sistema Solar faz parte.

História da Via Láctea

●Os gregos cunharam o termo "galaxies kuklos" , ou "círculo leitoso", como forma de descrever a Via Láctea. Ela era uma tênue faixa de luz,

mas não se fazia ideia do que ela era composta.

História do descobrimento da Via Láctea

●Quando Galileu estudou a Via Láctea com o primeiro telescópio, determinou que ela era composta de numerosas estrelas.

[in“O Mensageiro das Estrelas”,1610].

●Em 1755, o filósofo prussiano Immanuel Kant já tinha previsto a natureza da Via Láctea e a existência de outras galáxias: Ele deduziu corretamente que a Via Láctea é um grande disco de estrelas, que ele

teorizou ter se formado de uma (muito maior) nuvem de gás girando. Ele também sugeriu a possibilidade que outras nebulosas também sejam

discos de estrelas de tamanho similar.


●No final do século XVIII, o astrônomo alemão William Herschel (1738-1822), que já era famoso por ter descoberto o planeta Urano, mapeou a Via Láctea e descobriu tratar-se de um sistema achatado. Segundo seu modelo, o Sol ocupava uma posição central na galáxia, mas hoje sabemos que essa

conclusão estava errada.


●A primeira estimativa do tamanho da Via Láctea foi feita no início dos éculo XX, pelo astrônomo holandês Jacobus Kapteyn (1851-1922).

●Em 1922, ele fez suposições mais realistas quanto às magnitudes absolutas e chegou num modelo da Via Láctea similar ao de Herschel, um esferóide achatado

com densidade de estrelas diminuindo de acordo com a distância ao centro.

O Universo de Kapteyn, as elipses são “superfícies de densidade estelar constante”.

Em ambos os modelos, o Sol fica perto do centro, porque ambos não levaram em conta a extinção interestelar, que faz que a

distancia de vista e comparável em todas as direções nodisco, onde fica a poeira.

●Harlow Shapley (1885-1972),estudando a distribuição de sistemas esféricos de estrelas chamados aglomerados globulares, determinou o verdadeiro tamanho da Via Láctea e a posição periférica do Sol nela.

●Shapley descobriu que os aglomerados globulares (=>aula Estrelas 2) (150 deles), que formam um halo em volta na nossa galáxia, estavam

concentrados em uma direção; poucos deles era visto na direção oposta.


●Ele concluiu que o Sol não está no centro de nossa galáxia. Assumindo que o centro do halo formado pelos cúmulos globulares coincide com o centro de nossa galáxia, ele deduziu que estamos a 30 mil anos-luz do centro da Via Láctea, que está na direção da constelação do Sagitário.

●Este valor está super estimado, pois estamos a cerca de 23000 anos-luz.


●Em 1924, Edwin Hubble usou um grande telescópio (com diâmetro de 100 polegadas) instalado em Mount Wilson, na Califórnia, e descobriu que as

nebulosas em espiral tinham estruturas e estrelas, conhecidas como variáveis Cefeidas, semelhantes às da Via Láctea (essas estrelas mudam de brilho

regularmente).●Hubble usou as curvas de luz das variáveis Cefeidas para medir a distância

entre elas e a Terra, e constatou que estavam muito mais longe que os limites conhecidos da Via Láctea. Portanto, essas nebulosas espirais eram de fato

outras galáxias localizadas fora da nossa.


Hubble (direita) com outros dois astrônomos (Walter Adams, esquerda e James Jeans, médio) na frente de um telescópio de 100 polegadas do Monte Wilson.

●As galáxias espirais são brilhantes e têm um pronunciado formato de disco, com gases quentes, poeira e estrelas brilhantes exibidos em seus braços

espirais.

●Como as galáxias espirais são brilhantes, respondem pela maioria das galáxias visíveis, mas acredita-se que representem apenas 20% do total de

galáxias do universo.

●A Via Láctea é uma galáxia espiral de grande porte.

Galáxias Espirais

As galáxias espirais são subdivididas nas categorias Sa, Sb e Sc, de acordo com o grau de desenvolvimento e enrolamento dos braços espirais e com o tamanho do núcleo

comparado com o do disco.Espiral normal: forma de disco evidente, com centros brilhantes e braços espirais bem definidos. As galáxias Sa têm grandes bojos nucleares e braços espirais bem curvados;

e as Sc têm pequenos bojos e braços espirais curvados apenas ligeiramente.Espiral barrada: um formato de disco evidente, com centro brilhante e alongado e

braços espirais bem definidos. As galáxias Sba têm grandes bojos nucleares e braços de espiral bem curvados; e as Sbc têm pequenos aglomerados bojos e braços

ligeiramente curvados

Galáxias Espirais

a núcleo maior, braços pequenos e bem enrolados

b núcleo e braços intermediários

c núcleo menor, braços grandes e mais abertos

Via Láctea. Indícios obtidos

recentemente apontam que a Via Láctea seja uma

galáxia “SBc”.

Galáxias Espirais

A olho nu, conseguimos observar três galáxias (vizinhas da Via Láctea).

Galáxias Espirais

Andrômeda(M31) Grande Nuvem de Magalhães (LMC)

Pequena Nuvem de Magalhães NGC292

Galáxias Espirais

M31–Galáxia de Andrômeda. A galáxia espiral mais próxima da Via Láctea. Estimativas apontam que nela existam mais de 1 trilhão de estrelas.

Disco Galáctico: a maioria das 200 bilhões de estrelas da Via

Láctea se localiza nele. O disco se divide nas seguintes partes:

Núcleo:o centro do disco.Bojo: a área em torno do

núcleo, incluindo as regiões imediatamente acima e abaixo

do plano do disco.Braços espirais: São

constituídos de gás e poeira, estendem-se do centro para

fora. Nosso sistema solar fica localizado em um dos braços

de espiral da Via Láctea.Halo: uma região vasta e pouco

iluminada que cerca toda a galáxia. Ela é composta de

gases quentes e possivelmente de matéria escura.

Morfologia da Via Láctea

Todos esses componentes orbitam em torno do núcleo e a gravidade os mantêm unidos.

Como a gravidade depende de massa, seria possível pensar que a maior parte da massa de uma galáxia fica no disco galáctico ou perto de sua porção central.

No entanto, depois de estudar as curvas de rotação da Via Láctea e de outras galáxias, os astrônomos concluíram que a maior parte da massa fica nas

porções exteriores da galáxia, como no halo, onde existe pouca luz das estrelas ou pouca luz refletida pelos gases.

Morfologia da Via Láctea

Estimativas:

●massa do disco: 2 a 13%

●massa do bojo: 1 a 6%

●massa do halo: 81 a 97%

Quais tipos de estrelas existem em cada parte da Via Láctea?

Walter Baade (1893-1960), contemporâneo de Edwin Hubble no observatório de Mount

Wilson, estudando a galáxia Andrômeda, notou que podia distinguir claramente as estrelas azuis nos braços espirais da galáxia, e propôs o termo População I

para estas estrelas dos braços, e População II para as estrelas vermelhas visíveis no bojo da galáxia e aglomerados globulares (de Shapley).

Atualmente, utilizamos essa nomenclatura mesmo para estrelas da nossa Galáxia e sabemos que as estrelas de População I são estrelas jovens ,como o Sol, com menos de 7 bilhões de anos, ricas em metais, isto é, com conteúdo

metálico (qualquer elemento acima do He) de cerca de 2%, enquanto que a População II corresponde a estrelas velhas, com cerca de 10 bilhões de

anos,e pobre sem metais, isto é, com menos de 1% em metais.

Populações Estelares

Com o tempo, o meio interestelar é

enriquecido de elementos pesados

por estrelas que “morreram” (nebulosas planetárias, supernovas).

Deste meio enriquecido as novas estrelas se formam.

Novas gerações de estrelas são mais

ricas em “metais“ que as anteriores.

Relação idade-metalicidade

Aglomerados abertos

Aglomerados globulares

Aglomerados abertos Aglomerados globulares(~2000) na maioria no disco (~160) na maioria no halo

Aglomerados

●O disco é uma estrutura circular achatada, com diâmetro de 30000 pc (100000 anos-luz) e espessura de ~300 pc, é no disco onde se encontram

os braços espirais da Via Láctea.

●Constituído pela população mais jovem de estrelas (chamada de população 1) de cor azulada, por nuvens de poeira, gás e por aglomerados estelares.

●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.

O Disco Galáctico

O bojo, que contém o núcleo, é uma região esférica de 2000 pc* de raio, envolvendo o núcleo, é constituído principalmente por estrelas do tipo

população 2 (estrelas velhas). Esta região da galáxia é rica em elementos pesados pesados. Também estão presentes aglomerados globulares. O Sol,

localizado em um dos braços espirais, orbita o centro da Galáxia, a uma distância de ~8500 pc. Se pudéssemos ver a nossa Galáxia “de cima”,

provavelmente ela pareceria como a galáxia NGC 2997, mostrada na figura abaixo. Da nossa posição, junto ao Sol, a parte da Galáxia interna ao Sol é vista

de perfil, tendo portanto a forma de uma faixa luminosa.

O Disco Galáctico

NGC 2997

Via Láctea- Telescópio COBE

*parsec é ~3.26 anos-luz ou ~30 trio. km (3x10¹³ km)

os braços espirais não são muito mais densos que o resto do disco (só um pouquinho), mas são muito mais brilhantes, por causa da formação

estelar.formação dos braços espirais: ondas de densidade ligeiramente elevada se

propagando pelo disco, onde o gás é comprimido e ocorre formação estelar (=> aula Estrelas I)

muitas incertezas ainda sobre o origem destas ondas

O Disco GalácticoO Disco Galáctico

A parte mais difícil de observar da Via Láctea é o Centro, escondendo-se atrás de poeira valendo~30 magnitudes de extinção no ótico, na

constelação de Sagitário.

Melhor observável em comprimentos de ondas mais longas, λ> 1 μm

Observando na banda K, λ~ 2.2 μm, dá pra ver um aglomerado denso de estrelas velhas.

Núcleo (ou centro) Galáctico

Nesta região, as estrelas orbitam algum centro de massa(chamado Sagitário A* (SgrA*)) tão rapidamente que dá pra observar o movimento.

•A estrela mais próxima do Centro Galáctico, S2, orbita SgrA* em apenas 15.2 anos, chegando a 120 UA do Centro. Em comparação, plutão tem um afélio de 49

UA.

•A única explicação que conhecemos para um objeto tão denso e escuro é um Buraco Negro Supermaciço, em contraste aos Buracos Negros Estelares

(=>próxima aula) formados na morte de uma estrela, de massas bem menores.

Núcleo (ou centro) Galáctico

Até 1953 não se conhecia a existência de braços espirais na Via Láctea, pois a visualização das espirais era ocultada pela poeira interestelar e dificultada por

ser feita do interior da própria galáxia.

Até 2008 acreditava-se que possuía 4 braços, mas imagens reveladas pelo telescópio Spitzer revelaram que ela pode não ser exatamente assim.

Braços espirais

●Braço de Perseu

●Braço de Norma

●Braço de Centauro (Cruz-Scutum)

●Carina-Sagittarius

●Braço de Órion

Robert Benjamin da Universidade de Wisconsin-Whitewater sugeriu que a Via Láctea possui apenas dois braços estelares principais: o braço Perseu e o

braço Scutum-Centaurus.

Os demais braços foram reclassificados como braços menores ou ramificações

Braços espirais

O halo tem uma forma esférica e é constituída por partículas ultra excitadas a alta temperatura, anãs vermelhas, anãs brancas e por aglomerados globulares,

que estão em órbita em torno do centro de massa galáctica.

O halo não é observável opticamente. As estrelas que formam os aglomerados globulares (de forma esférica) são as mais antigas da galáxia. Supõe-se que

sua estrutura seja gigantesca.

A sua massa gira entre 5 ou 10 maior do que a massa restante da galáxia. Sua forma, seus componentes e seus limites no espaço intergaláctico são

desconhecidos até o início do século XXI, e muitas das afirmações a cerca do halo são especulações científicas.

Halo

Do que consiste a Materia Escura?Anos 80: debate MACHOs <=> WIMPs- MACHOs (ingl. MAssive Compact Halo Objects,objetos do halo massivos e compactos, ou machoes):- Anas Marrons - “Jupiters”- Estrelas comuns, mas de baixo brilho- Anas Brancas - Estrelas de Neutrons- Buracos Negros

Halo

Do que consiste a Materia Escura?Anos 80: debate MACHOs <=> WIMPs

- WIMPs: particulas massivas interagindo pela forca fraca

(do ingles Weakly Interacting Massive Particles;a palavra inglesa wimp também significa chorão)

- particulas elementares interagindo com o resto damateria so pela forca fraca e pela gravitacao,

p. e. neutrinos, as particulas preditas pela teoriade supersimetria, ou outras.=> praticamente invisíveis.

Era, entao um debate machoes vs. chorões.

Halo

Como detectar os MACHOs?Pelo efeito lente, consequencia

da Relatividade Geral:Luz e defletida por massa.

Quando um MACHO passa nafrente de uma estrela de fundo,

a luz da estrela e focada na Terra=> A estrela parece mais brilhante

por algumas horas ou dias.Por ser um efeito fraco (comparado ao

efeito devido a galaxias ou aglomerados)

se fala de microlensing.Pela curva de luz da estrela de fundo

pode-se determinar a massa do MACHO.

Do que consiste a Materia Escura?

Curvas de luz de uma estrela duranteum evento de microlensing

O Projeto MACHOObservaram 12 mi. estrelas naGrande Nuvem de Magalhaes

de1992 a 1998 com um telescopio

no observatorio Mt. Stromlona Australia.

Detectaram entre 13 e 17eventos de microlensing.

=> Estimativa do numero totalde MACHOs na Via Lactea.Determinando as massas

destesMACHOs, consegue-se estimara massa total de MACHOs em

nossa Galaxia.

Do que consiste a Matéria Escura?

MACHOs ou WIMPs, então?O Projeto e outros, similares, detectaram vários

MACHOs=> eles existem,

mas de longe nao em numero/massa suficiente paraexplicar a Matéria Escura na Via Láctea

(compoem menos de 1 % do numero suficiente).=> A Matéria Escura deve consistir na maioria de

WIMPs,partículas elementares ainda não detectadas.

Os chorões derrotaram os machões!

Do que consiste a Matéria Escura?

As galáxias não agem sozinhas. A distância que as separa parece imensa, mas os diâmetros das galáxias são igualmente grandes. Comparadas às estrelas, as

galáxias ficam relativamente perto uma das outras. Podem interagir e,o mais importante, colidir.

Evolução das galáxias –Via Láctea

Quinteto de Stephan (NGC7319, NGC7318a, NGC7317, NGC7320)

NGC 6050 e IC 1179

Quando as galáxias colidem, elas na verdade se atravessam mutuamente – as estrelas que elas contêm não se chocam, devido às imensas distâncias

interestelares. Mas as colisões tendem a distorcer af orma de uma galáxia.


Antennae GalaxiesNGC 4038 e NGC 4039.

A Via Láctea e Andromeda irão colidir frontalmente em 3,75 bilhões de anos, as duas galáxias estão a 2,5 milhões de anos-luz de distância uma da outra.

Ambas são galáxias espirais, e ao colidirem, (já em 7 bilhões de anos) elas formarão uma enorme galáxia elíptica.


As galáxias não se distribuem aleatoriamente pelo universo – tendem a existirem aglomerados galácticos. As galáxias nesses aglomerados se

mantêm unidas pela gravitação einfluenciam umas às outras.Aglomerados pobres-contêm menos de mil galáxias. A Via Láctea e a galáxia de Andrômeda (M31) são parte do Grupo Local, que contém algo entre 35 e 50

galáxias.

Distribuição das galáxias próximas à Via Láctea

O grupo Local é o grupo de galáxias que inclui nossa Galáxia, a Via Láctea. O grupo tem o centro gravitacional localizado entre a Via Láctea e a galáxia de Andrômeda.

As galáxias do Grupo Local cobrem uns 10 milhões de anos-luz de diâmetro e tem uma aparência binária. A massa total do grupo é estimado em 1,29×10¹² massas solares. O

próprio grupo é um dos muitos em todo o Superaglomerado de Virgem.


Aglomerados ricos – contêm mil ou mais galáxias. O superaglomerado de Virgem, por exemplo, inclui mais de 2,5 mil galáxias e se localiza a cerca de 55

milhões de anos-luz da Terra.


O catálogo de objetos difusos de Messier (1758-1782)

“Reconhecer que cada molécula que constrói nosso corpo, e os átomos que constroem as

moléculas, podem ser rastreados até os núcleos incandescentes de estrelas de alta massa que

explodiram e lançaram seus interiores quimicamente ricos na Galáxia, enriquecendo

quimicamente nuvens de gás primordiais com a química da vida. Desta forma, estamos todos

conectados: biologicamente uns com os outros; quimicamente com a Terra e atomicamente com o resto do universo. Isto é maravilhoso. Isto me

faz sorrir e, na verdade, isto me traz uma sensação de grandeza. Não que sejamos

melhores que o universo, nós somos parte dele. Estamos no universo e o universo está em nós.”

Neil deGrasse Tyson

Kepler de Souza Oliveira e Maria de Fátima; “Astronomia & Astrofísica”, editora Livraria da Física editora

Pieter Westera, Noções de Astronomia e Cosmologia, in http://professor.ufabc.edu.br/~pieter.westera/Astro.html

José Roberto Costa, Astronomia no Zênite, Via Láctea, in http://www.zenite.nu/

Sueli M. M. Viegas e Fabíola de Oliveira; “Descobrindo o Universo”, editora edusp

Referências

http://www.zenite.nu/

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