vida e morte das estrelas elisabete m. de gouveia dal pino iag-usp leitura: chaisson & mcmillan...
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VIDA E MORTE DAS ESTRELASVIDA E MORTE DAS ESTRELAS
Elisabete M. de Gouveia Dal Pino
IAG-USP
Leitura:
Chaisson & McMillan
Zeilik-Gregory-Smith
NASCE UMA ESTRELA
NUVEM INTERESTELAR: densa e fria (T= 10 K, densidade ~ 109 m-3,
M~milhares M)
Gravidade > Forças de Pressão:
GM/r2 > dP/dr
COLAPSO
NASCE UMA ESTRELA
Gravidade > Forças de Pressão:
COLAPSO & fragmentação
O QUE É UMA ESTRELA?
Tc=15 milhões no caroço: fusão de
4H He + 0,0286 mH
Ts=5800 K
Onde e como os elementos foram produzidos no Universo G. R. e E. M. Burbidge, W. A. Fowler e Fred Hoyle (1957).
E = 0,0286 mH c2 = 4,3 x 10-12 J Etotal=Ex(0,1M /4mH)= 1.28 x 1044 J
L = 4 x 1026 J/s
tfusão=10 bilhões de anos
E = m c2
MASSA: fator determinante para o Fim
Sol: 10 billhões de anos
Eta Carina (~100 M ): 4
milhões de anos
Tempo de vida da estrela depende da E que tem armazenada (mc2) e da taxa com que despende energia (L):
t* M*-2,3
Diagrama HR
MASSA: fator determinante para o Fim
Sol: 10 billhões de anos
Eta Carina (~100 M ): 4
milhões de anos
Tempo de vida da estrela depende da E que tem armazenada (mc2) e da taxa com que despende energia (L):
t* M*-2,3
Diagrama HR
Evolução de Estrelas como o Sol (M até 11 M )
Sol: em ~4,5 bilhões de anos: fusão do H pára no caroço, continua na camada em volta deixa a SP e começa a morrer
Sem produção de radiação: Pc
o caroço de He começa a contrair
Queima de H + rápida na camada em volta do caroço: expande as camadas mais externas
GIGANTE VERMELHA
Betelgeuse: R = órbita de Júpiter, Ts=3400K, L=10.000 L
Evolução de Estrelas como o Sol (M até 11 M )
Sol: em ~4,5 bilhões de anos: fusão do H pára no caroço, continua na camada em volta deixa a SP e começa a morrer
Sem produção de radiação: Pc
o caroço de He começa a contrair
Queima de H + rápida na camada em volta do caroço: expande as camadas mais externas
GIGANTE VERMELHA
Sol: gigante vermelha terá R= órbtia da
Terra !
Evolução de Estrelas como o Sol (M até 11 M )
~ dezenas de milhões de anos depois:
novo núcleo estelar foi formado: C
Sol: ~100 milhões de anos depois de ter deixado SP: contração do caroço
vai parar: c 108 kg m-3 e Tc 108 K
FUSÃO He C e O
Caroço estelar de carbono
Camada mais externa de H: não em fusão e expande ainda mais: Ts e L crescem:
supergigante vermelha
SUPERGIGANTE VERMELHA
Núcleo da supergigante: não é quente o suficiente (T<6x108K) para continuar fusão nuclear e transformar C em elementos mais pesados.
Com < P: núcleo continua a diminuir sob efeito de FG
Quando caroço ~1010 Kg m-3: os elétrons tão próximos entre si, que o gás não pode mais ser comprimido (degenerados).
Contração do caroço pára: Tc estabiliza e E é produzida apenas nas camadas mais externas (queima de H
e He).
Nebulosa Planetária e Anã Branca
As camadas mais externas irão expandir com v ~ dezenas de km/s e diâmetro de ~2 a 3 anos luz
ANÃ BRANCA
Caroço do Sol: visível com M*/2, raio~ao
da Terra, Ts~30.000K
Em ~10.000 anos: NP dispersa H,He, C,O,N MIS
Nebulosa Planetária
Confirmação da Teoria de EE
Diagrama H-R de um aglomerado de estrelas
Evolução de Estrelas mais Massivas (M > 11 M )
Vivem mais rápida e dramaticamente: estrela com
25 M vive 1000 x mais rápido
que o Sol
Na SP: H He (L>10.000L,
Ts=30.000K)
Todas estrelas deixam SP quando H do caroço acaba e seguem para região das gigantes vermelhas
Evolução de Estrelas mais Massivas (M > 11 M )
Estrela M = 20 M : a queima de H
se dá ~107 anos, He ~106 anos, C ~103 anos, O ~1 ano, Si ~ 1 semana, e o núcleo estelar de Fe se desenvolve em < 1 dia.
> Massa: quando cada combustível no caroço é exaurido, Fg faz crescer
Tc e c rapidamente para
fundir novos elementos mais pesados.
Tc~ 8 bilhões K
Caroço estelar de Ferro
Caroço de Fe que possuía R~12.000 km colapsa em caroço de nêutrons (c ~ 1015 kg m-3) de R~10 km!!
Átomos mais pesados que 56Fe26: liberam energia somente por fissão.
Com fim definitivo da produção de energia: FG comprime o caroço até Tc ~ 10 bilhões K
gerar fótons energéticos: em fração de segundos quebram os núcleos Fe
Em 1 décimo de segundo:
Fe prótrons + nêutrons
prótons + elétrons n + enorme fluxo de neutrinos
EXPLOSÃO DE SUPERNOVA
Colapso do caroço deixa camadas externas: sem suporte
Colapsam e rebotam ao colidir com o caroço incompressível
Enorme explosão
Liberação de grande quantidade de energia graviatacional.
SN1987A
Durante algumas semanas: SN brilha como uma galáxia de 100.000 estrelas.
Somente 0,01% da Energia sob forma de luz, o restante em neutrinos (10 neutrinos foram detectados aqui na Terra de SN1987A).
EXPLOSÃO DE SUPERNOVA
Os restos da explosão expandem pelo espaço 5000 km/s
Depois de 20.000 anos: nebulosa de gás: D=100 anos-luz.
Eventualmente estes restos irão misturar-se completamente com outras nuvens e formar um dia outra estrela.
Nebulosa do Caranguejo
Supernovas são fábricas de vários elementos pesados: Fe, Co, Ni, Ti, prata, ouro.
A Terra contem material de várias SNs que ocorreram antes de nosso sistema solar.
ESTRELA DE NÊUTRONS
Logo após explosão: caroço estelar Estrela de Nêutrons
EN no Caranguejo
Gira 30 vezes/seg: PULSAR
Decta-se pulso de luz em rádio cada vez que o feixe de elétrons aponta para nós ~ farol.
BURACO NEGRO
Se estrela de nêutrons com M > 3 M: P de
nêutrons não pode evitar o colapso gravitacional
Com R : gravidade atinge tais níveis, que nem mesmo a luz consegue escapar desse objeto:
buraco negro
BURACO NEGRO ?
Para um objeto (m) escapar de um campo gravitacional (Laplace, 1796):
mv2/2= GMm/R vesc = (2 GM/R)1/2
Einstein (1905):
máxima v = c
Schwarzschild: raio de objeto se
vesc = c Rs = 2 G M/c2 = 3 M km
BURACO NEGRO
Se R Rs = 3 M km
nem luz escapa : BN
Se estrela de nêutrons (R=10 km) M> 3 M: Rs > R
Relatividade Geral (Einstein): todo corpo massivo causa curvatura no espaço à sua volta e todos os outros objetos seguem trajetórias curvas na sua vizinhança
BN: tudo que estiver à sua volta a cai dentro dele
EVIDÊNCIAS DE BURACO NEGRO?
Possível BN: ex. Cygnus X-1
Medidas raios-X: presença de gases a alta v nas suas vizinhanças.
variabilidade da radiação R ~ 300 Km
Região é ~ formada por disco de acréscimo de matéria de estrela companheira visível.
FECHANDO O CICLO VITAL
Restos de SuperNova irão misturar-se completamente com outras nuvens outras estrelas
Interação RSN-nuvem
Melioli & de Gouveia Dal Pino 2005
Interações entre RSNs
Interações entre 3 RSNs
Uma estrela nasce !!