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.
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
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
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
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?
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
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
Enos Picazzio IAGUSP/2006
Como interpretar o diagrama HR?
A cor das estrelas é determinada pela temperatura (Lei de W ien)
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
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
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
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
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
5 pc (16,3 aL) do Sol
Linhas correspondente a raios solaresLinhas correspondente a raios solares
Como interpretar o diagrama HR?
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
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
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
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
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
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.
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
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
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
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.
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
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
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
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
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
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.
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
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)
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
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.
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
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)
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
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
Enos Picazzio IAGUSP/2006Enos Picazzio IAGUSP/2006
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