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 !!