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VIDA E MORTE DAS ESTRELAS Elisabete M. de Gouveia Dal Pino IAG-USP Leitura: Chaisson & McMillan Zeilik-Gregory-Smith.

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1 VIDA E MORTE DAS ESTRELAS Elisabete M. de Gouveia Dal Pino IAG-USP Leitura: Chaisson & McMillan Zeilik-Gregory-Smith

2 NASCE UMA ESTRELA NUVEM INTERESTELAR: densa e fria (T= 10 K, densidade ~ 10 9 m -3, M~milhares M ) Gravidade > Forças de Pressão: GM /r 2 > dP/dr COLAPSO

3 NASCE UMA ESTRELA Gravidade > Forças de Pressão: COLAPSO & fragmentação

4 O QUE É UMA ESTRELA? T c =15 milhões no caroço: fusão de 4H He + 0,0286 m H T s =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 m H c 2 = 4,3 x J E total =Ex(0,1M /4m H )= 1.28 x J L = 4 x J/s t fusão =10 bilhões de anos E = m c 2

5 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 (mc 2 ) e da taxa com que despende energia (L): t * M * -2,3 Diagrama HR

6 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 (mc 2 ) e da taxa com que despende energia (L): t * M * -2,3 Diagrama HR

7 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: P c 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, T s =3400K, L= L

8 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: P c 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 !

9 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 10 8 kg m -3 e T c 10 8 K FUSÃO He C e O

10 Caroço estelar de carbono Camada mais externa de H: não em fusão e expande ainda mais: T s e L crescem: supergigante vermelha

11 SUPERGIGANTE VERMELHA Núcleo da supergigante: não é quente o suficiente (T<6x10 8 K) para continuar fusão nuclear e transformar C em elementos mais pesados. Com < P: núcleo continua a diminuir sob efeito de F G Quando caroço ~10 10 Kg m -3 : os elétrons tão próximos entre si, que o gás não pode mais ser comprimido (degenerados). Contração do caroço pára: T c estabiliza e E é produzida apenas nas camadas mais externas (queima de H e He).

12 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, T s ~30.000K Em ~ anos: NP dispersa H,He, C,O,N MIS Nebulosa Planetária

13 Confirmação da Teoria de EE Diagrama H-R de um aglomerado de estrelas

14 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, T s =30.000K) Todas estrelas deixam SP quando H do caroço acaba e seguem para região das gigantes vermelhas

15 Evolução de Estrelas mais Massivas ( M > 11 M ) Estrela M = 20 M : a queima de H se dá ~10 7 anos, He ~10 6 anos, C ~10 3 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, F g faz crescer T c e c rapidamente para fundir novos elementos mais pesados. T c ~ 8 bilhões K

16 Caroço estelar de Ferro Caroço de Fe que possuía R~ km colapsa em caroço de nêutrons ( c ~ kg m -3 ) de R~10 km!! Átomos mais pesados que 56 Fe 26 : liberam energia somente por fissão. Com fim definitivo da produção de energia: F G comprime o caroço até T c ~ 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

17 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 estrelas. Somente 0,01% da Energia sob forma de luz, o restante em neutrinos (10 neutrinos foram detectados aqui na Terra de SN1987A).

18 EXPLOSÃO DE SUPERNOVA Os restos da explosão expandem pelo espaço 5000 km/s Depois de 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.

19 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.

20 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

21 BURACO NEGRO ? Para um objeto (m) escapar de um campo gravitacional (Laplace, 1796): mv 2 /2= GMm/R v esc = (2 GM/R) 1/2 Einstein (1905): máxima v = c Schwarzschild: raio de objeto se v esc = c R s = 2 G M/c 2 = 3 M km

22 BURACO NEGRO Se R R s = 3 M km nem luz escapa : BN Se estrela de nêutrons (R=10 km) M> 3 M : R s > 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

23 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.

24 FECHANDO O CICLO VITAL Restos de SuperNova irão misturar-se completamente com outras nuvens outras estrelas

25 Interação RSN-nuvem Melioli & de Gouveia Dal Pino 2005

26 Interações entre RSNs

27 Interações entre 3 RSNs Uma estrela nasce !!


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