AGA 291 29 /05/07 1 Estrelas Variáveis Antonio Mário Magalhães IAG-USP ftp://astroweb.iag.usp.br/pub/mario/Talks/aga291/

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1 AGA 291 29 /05/07 1 Estrelas Variáveis Antonio Mário Magalhães IAG-USP http://astroweb.iag.usp.br/~mario/aga291/ ftp://astroweb.iag.usp.br/pub/mario/Talks/aga291/

2 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 2 Classificação Estrelas c/ magnitude variável Importância: –Dicas de detalhes sobre estrutura estelar –Indicadores de Distância e Idade Exemplos históricos –SN de Tycho – 1572 –omicron ( ) Ceti – descoberta em 1596 Conhecidas ~ 40,000 variáveis ou suspeitas R Scorpii & S Scorpii Karttunen

3 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 3 Classificação (cont.) Causas: –Pulsações –Manchas quentes e frias na superfície + rotação –Explosões Variabilidade espalhada ao longo do Diagrama H-R Variáveis no Diagrama H–R Karttunen

4 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 4 Classificação (cont.) Designação –Numa dada constelação: Letras gregas por ordem de brilho Orionis Betelgeuse Ex. Orionis Betelgeuse –Normalmente: Primeiras 9 => R … Z Seguintes 10 … 18 => RR … RZ 8 => SS … SZ etc. –Isto permite –9 + = 9 + –= 334 estrelas –Seguintes: V335, V336, etc.

5 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 5 Classificação (cont.) Classificação é feita baseada em: –forma da curva de luz –classe espectral –movimento radial da superfície Tipos Principais –Eclipsantes Estrelas binárias –Pulsantes Regulares de longo período –Eruptivas Novas Supernovas –Outras T Tauri Estrelas Flare Curva de luz de uma Variável (Karttunen) Karttunen Vibrações num tubo e numa estrela (Carroll & Ostlie)

6 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 6 Variáveis Pulsantes Devido à expansão e contração das camadas externas –Mudanças observadas pelo efeito Doppler –Velocidade do gás: 40-200 km/s –Raio muda mas mudança de brilho é principalmente devida à T e (F T eff 4 ) Curva de luz de Mira, 1953–1995 (AAVSO) Karttunen

7 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 7 Variáveis Pulsantes Devido à expansão e contração das camadas externas –Mudanças observadas pelo efeito Doppler –Velocidade do gás: 40-200 km/s –Raio muda mas mudança de brilho é principalmente devida à T e (F T eff 4 ) Mira (= ο Ceti, observada pelo HST (M. Karovska) NASA 0.6= 70 UA

8 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 8 Variáveis Pulsantes Cefeidas e RR Lyrae Cefeidas e RR Lyrae –São estrelas gigantes –Cefeidas –Cefeidas: tipo espectral F e G População I: -6 < M V < -2 População II: -3 < M V < 0 (W Virginis) –RR Lyrae –RR Lyrae: tipo espectral A e F População II M V 0.5 Pulsação Regular –Períodos de Pulsação Regular –Cefeidas: ~1 dia a ~100 dias –RR Lyr: ~1.5h a ~ 1 dia Karttunen

9 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 9 Variáveis Pulsantes Indicadores de distânciaIndicadores de distância –Correlação forte entre período de pulsação e brilho intrínseco: Relação Período- Luminosidade –Relação Período- Luminosidade CefeidasRelação P-L para Cefeidas: –Quase linear em M V (ie., log L) vs. log P –Curvas paralelas para Tipo I e Tipo II –Tipo I 4x mais brilhante que Tipo II RR LyraeRelação P-L para RR Lyrae –M V 0.5 independente do Período –Importante indicador para Aglomerados Globulares Relação Período–Luminosidade p/ Cefeidas Karttunen

10 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 10 Variáveis Pulsantes Estes dados permitem: –identificar a variável medir o período P com P, achar magnitude absoluta achar a distância! –Ex. –Cefeida com –período P = 20d e = 20 –Da figura M V = -5 m – M = 5 log(r/10) – r = 10 10 (m-M)/5 = 10 6 pc = 1 Mpc adap. do Karttunen Movie: cefeidas em M100 com o Hubble http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/1994/49/video/a

11 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 11 Variáveis Pulsantes Movie: cefeidas em M100 com o Hubble http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/1994/49/video/a

12 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 12 Variáveis Pulsantes Manutenção das Pulsações –devidas a zonas de ionização na atmosfera –H e He parcialmente ionizados –opacidade: –aumenta/diminui c/ –(T não muda muito) Em estrelas com 6000 K < T e < 9000 K –zonas de ionização na atmosfera a profundidades apropriadas Carroll & Ostlie Modo fundamental é excitado 1o. harmônico é excitado Pulsações não acontecem

13 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 13 Variáveis Pulsantes Mecanismo de Pulsação de uma Cefeida –Válvula de He + –Estrela aumenta de brilho logo após mínimo de raio Raio de equilíbrio adapt. de Renssalear

14 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 14 Variáveis Pulsantes Miras Miras –Gigantes vermelhas (T e ~2000K) Cet –protótipo: Cet (= Mira Ceti = Maravilha de Cetus) –V max ~ 2 mag ; V min ~10 mag –Estágio Ramo Assintótico das Gigantes = AGB –Perdem massa 10 -6 – 10 -8 M /ano por vento contínuo Matéria visível posteriormente sob a forma de Nebulosas Planetárias Longos –Períodos Longos: –100d – 500d Curva de luz de Mira, 1953–1995 (AAVSO) Karttunen

15 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 15 Variáveis Pulsantes Miras Miras –São gigantes vermelhas Cet –protótipo: Cet (= Mira Ceti = Maravilha de Cetus) –V max ~ 2 mag ; V min ~10 mag –Períodos Longos (100–500 d) –Estágio Ramo Assintótico das Gigantes = AGB –Perdem massa 10 -6 – 10 -8 M /ano por vento contínuo Matéria visível posteriormente sob a forma de Proto-Nebulosas Planetárias Nebulosas Planetárias

16 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 16 Variáveis Eruptivas Novas Novas –Variação rápida (dias) e grande (7 – 16 mag) –Três tipos: –Comuns explosão maior, Δ m 10–16 mag –Recorrentes Δ m 10 mag, Δ t ~ décadas –Anãs Δ m 2 – 6 mag, Δ t ~ 200 – 600 d binárias próximas –São binárias próximas –Depois que H suficiente acretou na sup. da Anã Branca – Erupção da Nova Ilustração de uma Nova Karttunen

17 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 17 Variáveis Eruptivas Novas Novas –Variação rápida (dias) e grande (7 – 16 mag) –Três tipos: –Comuns explosão maior, Δ m 10–16 mag –Recorrentes Δ m 10 mag, Δ t ~ décadas –Anãs Δ m 2 – 6 mag, Δ t ~ 200 – 600 d binárias próximas –São binárias próximas –Depois que H suficiente acretou na sup. da Anã Branca – Erupção da Nova Nova Cygni 1975 = V1500 Cyg Karttunen

18 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 18 Variáveis Eruptivas Novas Novas –Variação rápida (dias) e grande (7 – 16 mag) –Três tipos: –Comuns explosão maior, Δ m 10–16 mag –Recorrentes Δ m 10 mag, Δ t ~ décadas –Anãs Δ m 2 – 6 mag, Δ t ~ 200 – 600 d binárias próximas –São binárias próximas –Depois que H suficiente acretou na sup. da Anã Branca – Erupção da Nova Ilustração de uma Nova Bless

19 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 19 Variáveis Eruptivas Novas (cont.) Disco pode ser estudado –linhas espectrais Frequentemente, o gás em expansão é aparente –Medindo-se velocidade de expansão v r por Doppler –Medindo-se movimento próprio de expansão do envelope, ðv = [distância d] ðd (pc) ðd (pc) = v r (km/s) / 4.74 (/ano) ðMagnitude Absoluta ðMagnitude Absoluta! T Pyxidis Carroll & Ostlie

20 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 20 Variáveis Eruptivas Supernovas Supernovas –Em alguns dias, Δ m ~ 20 mag –Quatro tipos principais Tipo Ia –Tipo Ia: Sistema binário Sistema binário com Anã Branca de CO Separação 3 R ðAB ganha Massa da companheira ðnucleosíntese até o 56 Fe ðexplosão (M B = –19.2±0.2) –Tipo Ib, Ic –Tipo Ib, Ic: Estrelas que começaram na SP com M 20 M Sem ou pouco H no espectro Tipo II Tipo II: Espectro de emissão com H Em galáxias espirais estrelas massivas cujo núcleo colapsa Observacionalmente Observacionalmente: Tipo Ia: sem linhas de H, sem linhas de He, linhas fortes de Si Tipo Ib: sem linhas de H, linhas fortes de He, sem linhas de Si Type Ic: sem linhas de H, sem linhas de He, sem linhas de Si Sugestão de atividade: http://www.astro.washington.edu/labs/cle aringhouse/labs/Propsn/propsn.html http://www.astro.washington.edu/labs/cle aringhouse/labs/Propsn/propsn.html

21 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 21 Variáveis Eruptivas Supernovas (cont.)Supernovas (cont.) Ex. SN 1987A na Grande Nuvem de Magalhães –Espectro de Tipo II –d = 52 kpc –Detecção de neutrinos ðEstrela de Neutrons formada! –entretanto, nenhum pulsar observado até o momento SN 1987A antes e depois da explosão Karttunen

22 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 22 Variáveis Eruptivas Supernovas (cont.)Supernovas (cont.) SN 1987a (cont.) –Curva de luz decaiu exponencialmente t 1/2 = 77 d –Explicação Curva de luz energizada por Raios- : 56 Ni 56 Co + e + + + (t 1/2 = 6.1 d) 56 Co 56 Fe + e + + + (t 1/2 = 77.1 d) onde os núcleos instáveis foram criados no colapso e ejetados. –Das observações 0.07 M de 56 Ni foram criados; OK com modelos de nucleosíntese. Curva de luz da SN 1987A nos primeiros 5 anos Longair

23 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 23 Importância das Variáveis Supernovas de Tipo II Supernovas de Tipo II: –formam elementos mais pesados que o 56 Fe –ejetam materiais no Meio Interestelar gerações posteriores de estrelas enriquecidas em metais MirasMiras também contribuem com materiais –criados por captura lenta de neutrons –trazidos à superfície –ejetados pelo vento estelar (gás e poeira)

24 29/05/07 AGA 291 AGA 291 – Estrelas Variáveis 24 Referências Livros Além dos abaixo, é recomendado: Carroll & Ostlie, Introduction to Modern Astrophysics, Addison–Wesley, 1966. Créditos das Figuras –As figuras indicadas foram tomadas com autorização das seguintes publicações (a não ser quando notado de outra forma junto à figura): Karttunen et al., Fundamental Astronomy, Springer, 3rd ed., 1996. Bless, Discovering the Cosmos, University Science Books, 1996. Longair, Our Evolving Universe, Cambridge, 1996.