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
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