O Diagrama H-R e a O Diagrama H-R e a evolução estelarevolução estelar

João Francisco C. Santos Jr.

Grupo de Astrofísica

V.3 DF-ICEx/UFMG

O Diagrama Hertzsprung-Russel (H-R): gráfico de L x T

Aglomerados de estrelas: observando as estrelas evoluírem

A teoria da evolução estelar: medindo a idade das estrelas

Sirius

Três Marias

Betelgeuse

O Diagrama H-R

Fotometria: medindo a quantidade de Fotometria: medindo a quantidade de radiação emitida numa faixa de freqüênciasradiação emitida numa faixa de freqüências

Índice de cor (B-V) 1/T

Transmissão de filtros em vários sistemas fotométricosTransmissão de filtros em vários sistemas fotométricos

O Diagrama H-R para

estrelas da vizinhança solar

Somente estrelas com paralaxe precisa (<20% de erro) foram

consideradas

MHP = MV L

V-I T

O que mostra o diagrama H-R?O que mostra o diagrama H-R?

As estrelas se distribuem em faixas bem definidas

A maioria delas fica sobre a seqüência principal

Como a vizinhança do Sol não deve ser um lugar especial na Galáxia, o diagrama H-R desta região contém uma mistura de estrelas de diferentes idades e massas

Sistemas binários e massaSistemas binários e massaEstrelas binárias permitem, através da 3a lei de Kepler,

uma determinação das massas das componentes e verifica-se uma relação entre massa e luminosidadepara estrelas de seqüência principal

Relação massa-luminosidadeRelação massa-luminosidadepara estrelas na seqüência principalpara estrelas na seqüência principal

LM3

Origem da energia emitidaOrigem da energia emitidapelas estrelaspelas estrelas

química

gravitacional

nuclear

4H HeTempo de vida curto

Fusão nuclear:

4 núcleos de H (p) 1 núcleo de He ()

4mp (4,0324muma) 1mmuma muma= m(C)/12 = 1,66 x 10-27 kg

A diferença em massa (0,7% da massa dos 4p) é convertida em energia conforme E=mc2

Nem toda a massa da estrela sofre esta reação mas apenas 10% da massa total localizada no seu centro,

onde T e P são suficientes para a fusão

No centro do Sol: T = 107 K, P = 4x109 atm

Portanto a energia emitida pela estrela nesta fase (seqüência principal) é:

ESP=0,007 x 0,1 x M x c2

Para o Sol (M=1,99x1030 kg): ESP =1,26x1044 J

Como a Luminosidade do Sol é L = 3,9x1026 J/s,

seu tempo de vida na seqüência principal será

tSP = ESP /L = 3,29x1017 s = 1010 anos

Qual o tempo de permanência das outras estrelas na SP ?

Depende da massa, pois quanto maior M mais quente é a estrela no seu centro e

maior a Luminosidade emitida

L = E / t L M³ E M t M / L 1 / M²

Quanto maior a massa, menor o tempo de vida na SP

Como tSP (1/M²) =1010 anos tSP = (M² /M²) x1010 anos

Ex: Msirius = 2 M tsirius = 2.5 x 109 anos

Ligando os fatos….Ligando os fatos…. H é o elemento mais abundante no Universo As estrelas ficam 90% dos seus tempos de

vida na seqüência principal A única fonte de energia possível das

estrelas são as reações de fusão nuclear

Na seqüência principal as estrelas transformam H em He;Quando o H se esgota no centro, a estrela sai desta seqüência

Diagrama H-R: LL x TT Evolução Estelar: mudanças em LL e TT alterações da composição química, , causadas por reações de fusão Na Seqüência Principal: fusão H He Outras fases: fusão He C Si Fe

O Diagrama H-R e a evolução estelar

Animações demonstrando a evolução estelar no

diagrama H-R

http://rainman.astro.uiuc.edu/ddr/stellar

J. Simon, C. Hansen, C. F. Gammie

University of Illinois at Urbana-Champaign (UIUC)

““Vendo” as estrelas Vendo” as estrelas evoluevoluíírem no diagrama H-Rrem no diagrama H-R

M=1M , LV =1LV MV = 4.8 t(SP) = 9.8 G anos, t(gig.) = 3.2 G anos §

M=15M , LV =104LV MV = -5.2 t(SP) = 12 M anos, t(gig.) = 1.1 M anos §

M= 0.8M , LV = 0.24LV MV = 6.3 t(SP) = 25 G anos

““Vendo” as estrelas Vendo” as estrelas evoluevoluíírem no diagrama H-Rrem no diagrama H-R

Tempo de evolução relativo: estrelas massivas: 20 < M (M) < 70 §

estrelas de massa intermediária: 1 < M (M) < 8 §

Evolução de um aglomerado de estrelas: idade 0 < t(G anos) < 14 §

Caminhos evolutivos Isócronas

Formação estelar e Formação estelar e aglomerados de estrelasaglomerados de estrelas

Comparando aglomerados Comparando aglomerados de diferentes idadesde diferentes idades

idade

A idade de NGC2682A idade de NGC2682

t=5.2x109 anos

Diagrama H-R e idadeDiagrama H-R e idade

6

4

2

0

-2

-4 NGC6067 log(t)=7.97

MV

NGC2477 log(t)=8.95

0 1 2

6

4

2

0

-2

-4

idadeM42 log(t)=7.11

MV

(B-V)o

0 1 2

NGC2682 log(t)=9.72

(B-V)o

Conclusões Conclusões

Magnitudes, cores L, T diagrama H-R

Evoluçãoestelar

Observações

e distâncias

Teoria

idades