2. O que é uma estrela? É um corpo gasoso no interior do qual ocorrem reações de fusão nuclear formando elementos mais pesados com geração de energia .
8. Evolução de uma estrela segundo sua massa Nebulosa Estrela Supernova 'Peso' Leve 'Peso' Médio 'Peso' Pesado Gigante Vermelha Super Gigante Vermelha Super Gigante Vermelha Super Gigante Azul Nebulosa Planetária Anã Branca Massa Marron Estrela de Nêutrons Massa Marron Nebulosa Buraco Negro ? 'Peso' Pena Massa Marron
13. Contração gravitacional de uma nebulosa F F d m m’ F = G m m’ / d 2 Lei da atração gravitacional A forma geométrica de menor energia é a esfera. Gás Hidrogênio
14. Possíveis causadores da contração gravitacional da nebulosa Causas internas (Colapso espontâneo) Causas externas (Colapso forçado) Autogravitação Interação com uma estrela em passagem Interação entre duas nebulosas Ondas de choque provocadas por uma supernova
17. Extinção interestelar Parece que não há estrelas na região central da nebulosa. Será que não há mesmo? Foto no visível Foto no visível + infra-vermelho
23. Átomos e Íons Próton + Nêutron Elétron - Convenção Átomo neutro N p = N e p n e Nível Fundamental Átomo excitado N p = N e Nível Excitado e Íon = Átomo ionizado N p N e Elétron Livre
27. Nascimento de uma estrela Nasceu a estrela ! Início das reações de Fusão Nuclear Nebulosa inicial
28. Tempo de contração gravitacional até se tornar uma estrela 0,1 M ¤ 1.000 milhões de anos 1,0 M ¤ 30 milhões de anos 2,0 M ¤ 8 milhões de anos 15 M ¤ 0,16 milhões de anos Massa da nuvem Tempo de contração até se tornar uma estrela Aumenta Aumenta
32. Geração de energia por fusão nuclear Elemento Leve + Elemento Leve Elemento Pesado + Energia
33. Fases da formação e da vida de uma estrela Nasceu a estrela! Feto Proto- estrela Pré- seqüência principal Adoles-cência Seqüência principal Vida adulta Estágios finais Velhice "Estrela" morta Elemento Leve + Elemento Leve Elemento Pesado + Energia `Fase T-Tauri
34. Seqüência Principal Quando uma estrela nasce, diz-se que ela entrou no Período Principal de sua vida, também chamado de Seqüência Principal . A Seqüência Principal dura enquanto houver Hidrogênio no núcleo da estrela.
47. ( Des )equilíbrio Estático P T = Pressão Térmica P G = Pressão Gravitacional Pressão gravitacional Pressão térmica P T < P G Contração P T = P G Equlíbrio P T > P G Expansão
49. Corpo Negro Emite o máximo de energia em todos os comprimentos de onda para uma dada temperatura. Corpo Negro Absorve toda a energia que possa incidir sobre ele. Fluxo Comprimento de onda T Fluxo T Comprimento de onda Corpo Negro (T) Fluxo T Comprimento de onda
50. Corpo Negro Absorve toda a energia que possa incidir sobre ele. Corpo Negro Emite o máximo de energia em todos os comprimentos de onda para uma dada temperatura.
52. Lei de Stefan - Boltzmann F = T 4 Fluxo Comprimento de onda 4000 K 7000 K Filtro Fotômetro
53. Sol emitindo como Corpo Negro Fluxo Comprimento de onda T = 6000 K Filtro Fotômetro Sol
54. Temperatura e cor superficiais de uma estrela 60.000 K 30.000 K 9.500 K 7.200 K 6.000 K 5.250 K 3.850 K Fria Quente Sol Temperatura central do Sol: ~15.000.000 K
60. Formação do Sol e dos Planetas Visão de perfil Visão de topo Velocidades angulares diferentes Turbulência Turbulência Turbulência Grande concentração de massa
61. Formação do Sistema Solar Planeta é um sub-produto da formação estelar. Concentração de massa Concentração de massa Concentração de massa
71. Vento Solar Perda de massa pelo vento solar = 1 milhão de ton por segundo Radiação (luz) Radiação (calor) Sol Elétrons Prótons Partículas Alfa (núcleos de Hélio)
73. Nuvem de Oort 100 bilhões de cometas 1 UA 100.000 UA
74. Estrutura do Sistema Solar Nuvem de Oort Net Plu Estrela Próxima 280.000 UA 4,4 a.l. 100.000 UA 10.000 UA Nuvem de Oort ou Nuvem de Cometas Mar Júp Cinturão de Kuiper Cinturão de asteróides 40 UA Ter
75. Origem dos Cometas 100 bilhões de cometas T P 100 000 ua Distância entre Sol e Terra: 1 Unidade Astronômica
76. Estrutura de um cometa Rocha recoberta com gelo de água e de CO 2 Cometa West Cauda gerada pelo Vento Solar e pela radiação Calor Cabeleira de gás e poeira Sol Núcleo do Halley 12 x 8 km
78. Sol e Planetas Mer Vên Mar Ter Júp Sat Ura Net Plu Planetas Telúricos Planetas gasosos ou Jovianos
79. Distribuição inicial dos elementos químicos do Sistema Solar Nebulosa Solar Antes da formação dos planetas Depois da formação dos planetas Elementos pesados Elementos leves Redistribuição dos elementos químicos do Sistema Solar
87. As 4 forças da natureza m m’ GRAVITACIONAL : ocorre entre dois corpos com massas F F q q’ ELETROMAGNÉTICA : associada com cargas elétricas/fótons F F FORTE : (intranuclear) mantém o núcleo atômico agregado Núcleo Atômico Próton Nêutron FRACA : (decaimento beta) permite a radiatividade beta Elétron n = p e
89. Formação da Terra Agregação de Planetesimais “ Feto” Terra R.F. Moulton T.C. Chamberlin C.F. Weizsäcker “ Bebê” Terra: meio pastosa e muito quente Região interna pastosa e quente Crosta sólida e mais fria “ Criança” Terra
91. Molhando a Terra... Evaporação total Gelo Planetesimal (ou cometa) de gelo Formando os mares
92. Águas da Terra A maior parte da água existente na Terra foi trazida à Terra através de meteoritos ricos em H 2 O (na forma de gelo) depois do resfriamento da crosta terrestre
93. Criando a atmosfera da Terra Erupção vulcânica Liberou gases presos nos materiais do interior da Terra Atmosfera Atmosfera sem oxigênio
94. Fotossíntese Luz CO 2 O 2 Água Sais minerais Glucídios Lipídios Moléculas azotadas Algas e plantas primitivas
97. Sol Estrela madura Proto- estrela Idade do Sol : 4,52 Bilhões de anos Feto Adoles-cência Velhice Vida adulta
98. Estrutura do Sol Coroa Zona condutiva Zona radiativa Zona convectiva Mancha solar Erupção solar Composição (em massa) H = 73,0% He = 24,5% Outros = 02,5%
99. Mudanças na composição química do Sol 100% 75 50 25 0 % Centro Superfície Composição inicial de Hidrogênio Composição inicial de Hélio O C N Ne Si Fe Superfície Centro 2,5% 73% 24,5% 2,5% 73% 24,5% Composição atual de Hélio Composição atual de Hidrogênio
103. A gigante vermelha Sol Terra Hoje R=750.000 km d = 150.000.000 km d 150.000.000 km Num futuro muito distante ( 4,5 bilhões de anos )
104. Evolução para Nebulosa Planetária e anã branca Gigante vermelha Nebulosa Planetária do Anel (Constelação da Lira) Visão de uma Nebulosa Planetária Anã Branca Nebulosa Planetária
107. Massa marron Nebulosa planetária Massa marron Fim completo da reações de fusão nuclear: morreu a estrela! Anã branca Ocorrem as últimas reações de fusão nuclear perto da superfície da estrela
109. Tempo de vida de uma estrela Massa Vida na Seq. Principal [m Estrela /m Sol ] [milhões de anos] 60 2 30 5 10 25 03 350 1,5 1.600 1 9.000 0,1 >1.000.000 Massas solares 0,08 4 8 Tempo de Vida Sol 0 Peso Leve Anã Branca (Planeta) Peso Pena Peso Médio Estrela de nêutrons Estrela Supernova Peso Pesado Buraco Negro
110. Evolução conforme a massa da estrela Mais fusões Sequência principal Gigante Super- gigante Fusão do Hélio Nebulosa Planetária Supernova Anã Branca Estrela de nêutrons Buraco Negro 1/2 1 3 10 1/10 1 10 100 Massa final a estrela Massa inicial a estrela M Solar M Solar
112. Evolução de estrelas peso médio Nuvem Inicial H -> He + Fe + -> ? C -> O + Estrela de nêutrons He -> C + Si -> Fe + O -> Si + H He C Si Fe O n Prótons + Elétrons Nêutrons
114. Geração de energia por fusão nuclear Elemento Leve + Elemento Leve Elemento Pesado + Energia
115. Representação de um elemento químico X X Z = Número de Prótons Z M = Número de Massa = Z + Nêutrons M + + + + 0 0 0 0 0 n = p e
116. Cadeia próton-próton gerando He 1 1 H + 1 1 H 2 1 H + e + + 2 1 H + 1 1 H 3 2 He + Para T > 10 7 K 3 2 He + 3 2 He 4 2 He + 2 1 1 H 3 2 He + 4 2 He 7 4 Be + 69% 31% 7 4 Be + e - 7 3 Li + 7 3 Li + 1 1 H 2 4 2 He 7 4 Be + 1 1 H 8 5 B + 8 5 B 8 4 Be + e + + 8 4 Be 2 4 2 He 99,7% 0,3%
117. Cadeia CNO gerando He 1 1 H + 12 6 C 13 7 N + 13 7 N 13 6 C + e + + 13 6 C + 1 1 H 14 7 N + 14 7 N + 1 1 H 15 8 O + 15 8 O 15 7 N + e + + 15 7 N + 1 1 H 12 6 C + 4 2 He 15 7 N + 1 1 H 16 8 O + 16 8 O + 1 1 H 17 9 F + 17 9 F 17 8 O + e + + 17 8 O + 1 1 H 14 7 N + 4 2 He 99,7% 0,3%
118. Processo triplo alfa gerando C 4 2 He + 4 2 He 8 4 Be 8 4 Be + 4 2 He 12 6 C + Para T > 10 8 K
119. Reações C-C 12 6 C + 12 6 C 16 8 O + 2 4 2 He 20 10 Ne + 4 2 He 23 11 Na + p + 23 12 Mg + n 24 12 Mg + T > 6x10 8 K
120. Reações O-O 16 8 O + 16 8 O 24 12 Mg + 2 4 2 He 28 14 Si + 4 2 He 31 15 P + p + 31 16 S + n 32 16 S + T > 10 9 K
121. Processos Alfa 24 Mg + 4 2 He 28 Si + 28 Si + 4 2 He 32 S + 32 S + 4 2 He 36 Ar + 36 Ar + 4 2 He 40 Ca + 40 Ca + 4 2 He 44 Sc + 44 Sc + 4 2 He 48 Ti + 48 Ti + 4 2 He 52 Cr + 52 Cr + 4 2 He 56 Fe +
122. Temperaturas e tempos de exaustão dos elementos para fusão nuclear Fusão Temperatura Tempo de exaustão de (milhões de K) (anos) H 15 10 milhões He 170 1 milhão C 700 1 mil Ne 1.400 3 O 1.900 1 ano Si 3.300 1 dia Estrelas com massa de 20 massas solares
127. Supernova gerada por colapso do núcleo Elementos mais pesados Carbono Fenômeno não catastrófico Neutrinos drenando energia do núcleo rico em Ferro Núcleo muito quente Núcleo colapsa rapidamente Casca Casca cai em queda livre sobre o núcleo Casca atinge o núcleo
145. Supernovas “próximas” Grande Nuvem de Magalhães ( SN 1987 A ) 160 000 anos-luz Sol Via Láctea 1181 Tycho 1572 1054 Chineses 1006 185 393 Kepler 1604
148. Pulsar “ Visão” Descobertos em 1967 “ Luz” Radiotelescópios Eixo de Rotação Eixo magnético Estrela de nêutrons Campo magnético 10 bilhões de vezes o do Sol
154. Evolução de uma estrela peso pesado Proto estrela Super gigante vermelha Reação de fusão nuclear Pressão Gravitacional > Pressão Térmica ? Colapso gravitacional
158. Lei da atração gravitacional F F d M m F = G M m / d 2 M,m = massas dos corpos envolvidos d = distância entre as massas F = força de atração gravitacional F = G M 0 / d 2 F F d M m= 0 F = 0 !?! Não há força de atração!
162. Representação geométrica de um Buraco Negro Geodésicas num espaço vazio Geodésicas nas proximidades de um Buraco Negro
163. ‘ Massa’ de um fóton Fóton E = mc 2 mc 2 = hf m = hf / c 2 f c E = hf
164. Horizonte de eventos Horizonte de eventos: Superfície que delimita a região do espaço em torno de um buraco negro de modo que qualquer corpo (ou mesmo a Luz) que nele penetre, não pode mais dele sair . Geodésica
165. Forças de maré num Buraco Negro g cabeça g pé Buraco Negro
166. Detecção de Buracos Negros Se não é possível ver um Buraco Negro, como posso saber que ele existe ?
167. Princípio da Inércia ( Newton, 1642- 1727 ) Um corpo, sobre o qual não age nenhuma força, tende a manter seu estado de movimento ou de repouso. X Força Movimento retilíneo uniforme V V
168. Primeira Lei de Kepler ( 1571 - 1630 ) Um corpo ligado a outro, gravitacionalmente, gira em torno dele numa órbita elíptica.
169. Movimento em torno do Centro de Massa Comum CM M m d D r = d + D 1 1 2 2 3 3 4 4 M d = m D
171. Terceira Lei de Kepler ( r / r’ ) 3 = ( T / T’ ) 2 r 3 = k T 2 Expressão aproximada de Kepler T’ M m m’ r r’ T r 3 = [G/(4 2 )] ( M + m ) T 2 Expressão correta:
172. Massas das estrelas de Sistemas Binários M d = m D r = d + D r 3 = [G/(4 2 )] ( M + m ) T 2 M , m
174. Sistema Binário de estrelas ? m >>> m Sol Velocidade 3 4 1 2 5 1 2 3 4 5 Buraco Negro !
175. Fontes de Raios X Raios X Matéria (cargas elétricas) caindo na estrela central por atração gravitacional Buraco negro Anã Branca Sistema Binário Raios X
176. Fontes de raios-X no centro da Galáxia Telescópio Chandra ( Raios X ) Foto em raios-X do Centro Galáctico
180. Para se tornar um Buraco Negro Raio Massa Raio de Schwarzschild: R = ( 2GM ) / c 2 Terra 3 x 10 -6 M 1 cm 10 27 Sol 1 M 3 km 10 16 Estrela Pesada 10 M 30 km 10 14 Galáxia 10 11 M 0,03 AL 10 -6 Universo ? ? ? R=? Corpo / sistema Massa Raio Densid. M Sol = 2x10 30 kg g/cm 3 ? Schwarzschild
181. Relação entre tamanho e massa R = 2GM/c 2 Átomos Moléculas Núcleos atômicos Massa da estrutura Tamanho da estrutura Região de colapso gravitacional Planetas Asteróides Anã branca Pulsar Sol Buraco Negro Estrela Galáxia Universo
182. Fatores que poderiam "inchar" a massa do Universo Buracos negros Neutrinos com massa p p D Neutrino Pósitron Massa escura no Universo ? ? ? ?
183. Universo como um Buraco Negro R = 2GM/c 2 Universo Galáxia Anã branca Pulsar Sol Planetas Asteróides Átomos Moléculas Núcleos atômicos Massa da estrutura Tamanho da estrutura Região de colapso gravitacional Buraco Negro Estrela
186. Etapas da Evolução do Universo 0 10 -43 s 10 -6 s 1 s 1 min 10 k anos 300 k anos 1 B anos 4 B anos 10,5 B anos 15 B anos Big-bang Hoje ? Era de Planck ~ ~ ~ ~p ~n n p ~ Era dos hádrons e + e - + - Era dos Léptons D He Era da Radiação Era da Matéria Desacoplamento Matéria / Energia Formação de galáxias Formação de estrelas Sol
196. Como surgiram os elementos pesados? Elemento existente logo após o big-bang Elemento existente logo após o big-bang Reações de fusão nuclear no interior das estrelas Formação de elementos pesados durante explosão de uma supernova
197. Se o Sol é uma estrela peso leve, sem poder gerar Ferro , por exemplo, então como surgiram os elementos pesados do Sistema solar?
198. Sol: uma estrela de segunda mão H H Nebulosa solar Nebulosa vizinha H Estrela Supergigante H Supernova He C O Si Fe ... Cu Ag Pt Au Pb U ... Estrela remanescente ?
199.
200. Formação contínua de estrelas Meio interestelar Prim. Geração Seg. Geração H Anã Branca Super- nova Buraco negro Matéria ejetada Estrela Estrela de nêutrons Leve Média Pesada Massa marron
201. Reciclagem de estrelas Nebulosa enriquecida Nebulosa primordial Peso Médio Super Gigante Vermelha Super Gigante Azul Estrela Supernova Super Gigante Azul Reações de fusão nuclear Sistema Solar
202. Nascimento de estrelas de segunda geração Aglomerado estelar jovem nascido na Nebulosa 30 Dorado
203. Condição para o desenvolvimento de vida num sistema planetário Como os organismos vivos exigem elementos pesados, isso significa que os sistemas planetários em que eles podem se desenvolver devem estar associados com estrelas de segunda geração em diante. Formação de estrelas de segunda geração
207. Gerar Vida no laboratório? Matéria Inorgâ- nica H 2 C NH 3 H 2 O Raio X UV Miller (1957) Matéria Orgânica Proteínas Açúcares Aminoácidos Nucleotídeos (Biopolímeros)
208.
209. Geração de Vida na Terra Água VIDA : Feliz coincidência de propriedades Físicas e Químicas num determinado local e momento? C O N Raios X Ultravioleta Ca Fe Compostos orgânicos Biopolímeros Procariontes (unicelulares) ? Protobiontes
210. Será que os Terráqueos são, mesmo, originários da Terra ? ?
211. A vida surgiu na Terra? Cada passo necessário para a origem da vida é de pequena probabilidade de ocorrência. A seqüência toda exige uma quantidade de matéria muito maior do que a existente na Terra! Onde, então? Meio Interestelar
212. Moléculas interestelares HC 11 N, HC 9 N, HC 5 N CH 3 OH (álcool metílico) CH 3 CH 2 CN HCOOCH 3 CH 4 (metano) NH 3 (amoníaco) H 2 O (água) H 2 CO (formol) C 2 H 2 (acetileno) CO (monóxido de Carbono) H 2 , C 2 , OH, CH CH 3 NH 2 , HNO, CN OCS, HNCS, SO 2 C 2 H 5 OH (CH 3 ) 2 O C 2 H 5 CN HC 13 N CH 3 CHO CH 3 C 2 H HCOOH Algumas moléculas interestelares, fundamentais para a vida, já detectadas
213. Vida trazida à Terra? Vida Panspermia : A vida surgiu em diferentes locais e foi espalhada pelo Universo. ! Vida ? Vida
214. Conclusão É possível que cada um de nós tenha tido um ancestral extraterrestre !
