Descobrindo o Universo em 12 passos

1. Descobrindo o Universo em 12 passos Carlos Alexandre Wuensche CIAA - 2003 Divisão de Astrofísica - INPE

2. Introdução • Radiação eletromagnética: nosso único meio de estudar objetos distantes... • Quanto mais distante um objeto, “mais fraca” é a quantidade de luz que medimos na Terra. • Como manter a noção de distâncias, tamanhos e escalas no Universo? • Compreensão das escalas  hierarquias.

3. Que régua usaremos? • A velocidade da luz... Mas como? • E, afinal, o que é um ano luz? • 1 segundo luz = 300.000 (3x105) km • 1 minuto luz = 18.000.000 (1,8x106) km • 1 hora luz = 1.080.000.000 (1,1x109) km • 1 dia luz = 25.920.000.000 (2,6x1010) km • 1 ano luz = 9.460.800.000.000 (1x1013) km

4. Na nossa cidade...

5. Do estado para o continente...

6. Na órbita da Terra... 106 = 1.000.000 = um milhão 108 = 100.000.000 = cem milhões

7. Plutão e a vizinhança solar.... 1010 = 10.000.000.000 = dez bilhões 1012 = 1.000.000.000.000 = um trilhão

8. Os braços da nossa Galáxia 1014 = 100.000.000.000.000 = cem trilhões 1016 = 10.000.000.000.000.000 = dez quatrilhões

9. O Grupo Local de galáxias... 1018 = 1.000.000.000.000.000.000 = um quintilhão 1020 = 100.000.000.000.000.000.000 = cem quintilhões

10. O Universo visível... 1022 = 10.000.000.000.000.000.000.000 = dez sextilhões 1023 = 100.000.000.000.000.000.000.000 = cem sextilhões O BIG BANG: 1,3x1010 a. l.

11. Alguns fatos para começarmos ... • A Astronomia depende, de forma crucial, da determinação das escalas de distância! • Notação científica: necessária devido ao tamanho dos números envolvidos.

12. A escala de distância cosmológica • O estudo da astronomia depende: • do conhecimento da distância ao objeto, • da determinação do seu brilho intrínseco, • do estudo das propriedades da radiação que chega até nós. • Necessitamos “mapear a estrada cósmica”, começando com a nossa vizinhança.

13. A escala de distância cosmológica • Como os astrônomos medem as distâncias aos objetos extragalácticos? • Naturalmente, o truque nesse processo é ter certeza que escolhemos um critério adequado para reconhecer que observamos o mesmo tipo de objeto visto na nossa vizinhança

14. A escala de distância cosmológica • Com o “mapeamento da estrada cósmica” surgem algumas questões interessantes... • Por quê o Universo segue uma hierarquia de distribuição de matéria, mas somente até um certo ponto? • Como saber se existe alguém fora da nossa vizinhança cósmica?

16. As escalas de distância no Universo

17. Nossa janela de observação

18. GALÁXIAS Carlos Alexandre Wuensche CIAA - 2003 Divisão de Astrofísica - INPE

19. Um pouco de história... • Há 200 anos  distribuição ± uniforme das estrelas no céu • Primeira menção ao conceito de galáxia  Emmanuel Kant (séc. XVIII) • William Herschel  disco uniforme de estrelas (séc. XVIII) • Harlow Shapley  primeiras estimativas corretas do tamanho da nossa Galáxia (séc. XX)

20. Um pouco de história... • Desde a antiguidade, a faixa de estrelas destacada no céu recebeu atenção dos povos que observavam o céu regularmente: • Em grego: galaxies kuklos • Em latim: Via Lactea • Em tupi: Caminho da Anta

21. A nossa Galáxias • Constituintes: estrelas, gás e poeira • Dimensões: 100000 anos luz de diâmetro 2000 anos luz de espessura • Estrutura espiral, com um núcleo, disco e halo

22. A estrutura da nossa Galáxia Mas... como sabemos que ela é uma espiral?

23. A estrutura da nossa Galáxia

24. A formação dos braços espirais

25. Nossa posição no Grupo Local

26. Nossa posição no Grupo Local

27. As populações estelares

28. A produção dos elementos

29. Nossa Galáxia em diferentes comprimentos de onda

30. A classificação das Galáxias • Espirais • Estrelas jovens e poeira no disco, estrelas velhas no halo. • Subdivisão em espirais normais e barradas. • Constituem cerca de 30% da população observada e 2/3 das espirais são barradas • Não se conhece com precisão a origem dos braços. • Massa: 0,005 – 2 MGAL • Diâmetro: 0,2 – 1,5 dGAL • Luminosidade: 0,005 – 10 LGAL

31. Galáxias espirais • M51 - A galáxia do Redemoinho • M31 - Andrômeda

32. Galáxias espirais

33. A classificação das Galáxias • Elípticas • Estrelas mais velhas, pouca poeira. • Não possuem uma “fronteira” bem definida. • Constitui cerca de 60% da população conhecida • Possui uma grande variedade de massas e tamanhos. • Massa: 0,0001 – 50 MGAL • Diâmetro: 0,01 – 5 dGAL • Luminosidade: 0,00005 – 5 LGAL

34. Galáxias elípticas (gigantes) M86 M87

35. Galáxias elípticas

36. Galáxias elípticas • Parte central do aglomerado de Virgem. • M84 M86

37. A classificação das Galáxias • Irregulares • Massa: 0,0005 – 0,15 MGAL • Diâmetro: 0,05 – 0,25 dGAL • Luminosidade: 0,00005 – 0,1 LGAL

38. Galáxias Irregulares Grande Nuvem de Magalhães Pequena Nuvem de Magalhães

39. Tipos peculiares: as galáxias S0

40. O diagrama de Hubble

41. A formação e a evolução • Quando? Uns 800 milhões de anos depois da criação do Universo (corresponde aos quasares mais distantes observados, em redshifts da ordem de 6). • Participação principal da força gravitacional. • Formação a partir de uma nuvem de hidrogênio e hélio • Após a formação, observa-se colisões dos mais diversos tipos, fusão e destruição da estrutura estável em grupos ou sistemas binários.

42. O esquema de formação M = 1016 MSol M = 1011 MSol

43. Radiogaláxias e quasares • Início das observações em rádio: década de 30 • Grande maioria delas associada a um objeto também visível no óptico. • A maior parte das radiofontes muito intensas também visíveis no ótico são galáxias e emitem milhões de vezes mais energia em rádio que a nossa galáxia. • O mecanismo responsável por essa enorme geração de energia é chamado de emissão sincrotron.

44. Uma “imagem” em rádio... • Forma geral: estrutura “dupla” com a emissão localizada principalmente nas extremidades, separadas por centenas de milhares de anos- luz. • Freqüentemente a região central é também uma radiofonte que contém duas componentes emissoras separadas por algumas centenas de anos luz. • Divisão: • extensas (as estruturas externas) • compactas (as regiões na própria radiogaláxia).

45. Mapa em rádio de Cignus A, uma radiofonte clássica. A imagem central representa o centro da emissão óptica da galáxia peculiar associada a ela.

46. A associação óptica x rádio... • As regiões amarela e vermelha são os jatos emitidos na faixa de rádio (sincrotron). O objeto óptico encontra-se no centro da figura

47. Quasares e AGNs • Abreviações de “Quasi-Stellar Object” e “Active Galactic Nucleus” • Descobertos na década de 60, a partir da análise espectral de objetos semelhantes à estrelas • Grande deslocamento das linhas espectrais

48. Representação de um AGN

49. Mecanismo de emissão

50. Linhas de emissão deslocadas Posições originais