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Via Láctea
Paulo Roberto – www.laboratoriodopaulo.blogspot.com
Uma galáxia é um grande sistema, gravitacionalmente ligado, que consiste de estrelas,
remanescentes de estrelas (objetos compactos), um meio interestelar de gás e poeira e um
importante componente apelidado de matéria escura.
Arp 274 é um conjunto de três galáxias. Na imagem parece que elas vão se chocar, mas elas estão separadas
por distâncias gigantescas. [Hubble, NASA]
A palavra “galáxia” deriva do grego ‘’galaxias’’ (γαλαξίας), literalmente "leitoso", numa
referência à nossa galáxia, a Via Láctea. Exemplos de galáxias variam desde as anãs, com até
10 milhões (107) de estrelas, até gigantes com 100 trilhões (1014) de estrelas, todas orbitando o
centro de massa da galáxia.
A galáxia da Via Láctea (Milky way) possui uma massa de 10^12 massas solares e um diâmetro da ordem
de 100 mil anos-luz e estima-se que possua mais de 400 bilhões de estrelas. Alguns números apontam
para 200 bilhões. A parte mais brilhante da Galáxia fica na direção da constelação de Sagitário, sendo
melhor observável no Hemisfério Sul durante as noites de inverno, pois é nesse momento que se pode
contemplar a porção central da galáxia.
História do descobrimento da Via Láctea
Os gregos cunharam o termo "galaxies kuklos", ou "círculo leitoso", como forma de
descrever a Via Láctea. Ela era uma tênue faixa de luz, mas não se fazia ideia do que ela era
composta.
Quando Galileu estudou a Via Láctea com o primeiro
telescópio, determinou que ela era composta de numerosas
estrelas. [ in “O Mensageiro das Estrelas”, 1610].
No final do século XVIII, o astrônomo alemão William
Herschel (1738-1822), que já era famoso por ter descoberto
o planeta Urano, mapeou a Via Láctea e descobriu tratar-se
de um sistema achatado. Segundo seu modelo, o Sol
ocupava uma posição central na galáxia, mas hoje sabemos
que essa conclusão estava errada.
Mapa da Via Láctea de William Herschel
História do descobrimento da Via Láctea
Em 1755, o filósofo prussiano Immanuel Kant já tinha previsto a natureza da Via Láctea e a
existência de outras galáxias: Ele deduziu corretamente que a Via Láctea é um grande
disco de estrelas, que ele teorizou ter se formado de uma (muito maior) nuvem de gás
girando. Ele também sugeriu a possibilidade que outras nebulosas também sejam discos
de estrelas de tamanho similar.
A primeira estimativa do tamanho da Via Láctea foi feita no início do século XX, pelo
astrônomo holandês Jacobus Kapteyn (1851-1922).
Em 1922, ele fez suposições mais realistas quanto às magnitudes absolutas e chegou num
modelo da Via Láctea similar ao de Herschel, um esferóide achatado com densidade de
estrelas diminuindo de acordo com a distância ao centro.
O Universo de Kapteyn, as elipses são “superfícies de densidade estelar constante”.
História do descobrimento da Via Láctea
Harlow Shapley (1885-1972), estudando a distribuição de sistemas esféricos de
estrelas chamados aglomerados globulares, determinou o verdadeiro tamanho da
Via Láctea e a posição periférica do Sol nela.
Shapley descobriu que os cúmulos globulares (150 deles), que formam um halo em
volta na nossa galáxia, estavam concentrados em uma direção; nenhum deles era
visto na direção oposta.
História do descobrimento da Via Láctea
Ele concluiu que o Sol não está no centro de nossa galáxia. Assumindo que o
centro do halo formado pelos cúmulos globulares coincide com o centro de
nossa galáxia, ele deduziu que estamos a 30 mil anos-luz do centro da Via
Láctea, que está na direção da constelação do Sagitário.
Este valor está superestimado, pois estamos a cerca de 23 000 anos-luz.
Em 1924, Edwin Hubble usou um grande telescópio (com diâmetro de 100 polegadas)
instalado em Mount Wilson, na Califórnia, e descobriu que as nebulosas em espiral tinham
estruturas e estrelas, conhecidas como variáveis Cefeidas, semelhantes às da Via Láctea
(essas estrelas mudam de brilho regularmente).
Hubble usou as curvas de luz das variáveis Cefeidas para medir a distância entre elas e a
Terra, e constatou que estavam muito mais longe que os limites conhecidos da Via Láctea.
Portanto, essas nebulosas espirais eram de fato outras galáxias localizadas fora da nossa.
Galáxias espirais
As galáxias espirais são brilhantes e têm um pronunciado formato de disco, com gases
quentes, poeira e estrelas brilhantes exibidos em seus braços espirais.
Como as galáxias espirais são brilhantes, respondem pela maioria das galáxias visíveis, mas
acredita-se que representem apenas 20% do total de galáxias do universo.
A Via Láctea é uma galáxia espiral de grande porte.
Messier 81.
As galáxias espirais são subdivididas em
algumas categorias.
Espiral normal: forma de disco evidente,
com centros brilhantes e braços espirais
bem definidos. As galáxias Sa têm grandes
bojos nucleares e braços espirais bem
curvados; e as Sc têm pequenos bojos e
braços
espirais
curvados
apenas
ligeiramente.
Espiral barrada: um formato de disco
evidente, com centro brilhante e alongado
e braços espirais bem definidos. As galáxias
SBa têm grandes bojos nucleares e braços
de espiral bem curvados; e as SBc têm
pequenos aglomerados bojos e braços
ligeiramente curvados
Via Láctea. Indícios obtidos recentemente apontam que a Via Láctea seja uma galáxia “SBc”.
A olho nu, conseguimos observar três galáxias (vizinhas da Via Láctea): Andrômeda (M31),
Grande Nuvem de Magalhães e Pequena Nuvem de Magalhães.
M31 – Galáxia de Andrômeda. A galáxia mais próxima da Via Láctea é essa galáxia espiral.
Estimativas apontam que nela existam mais de 1 trilhão de estrelas.
Morfologia da Via Láctea
Disco Galáctico: a maioria das 200
bilhões de estrelas da Via Láctea se
localiza nele. O disco se divide nas
seguintes partes:
Núcleo:
o
centro
do
disco.
Bojo: a área em torno do núcleo,
incluindo as regiões imediatamente
acima e abaixo do plano do disco.
Braços espirais: estendem-se do
centro para fora. Nosso sistema solar
fica localizado em um dos braços de
espiral da Via Láctea.
Halo: uma região vasta e pouco
iluminada que cerca toda a galáxia.
Ela é composta de gases quentes e
possivelmente de matéria escura.
Todos esses componentes orbitam em torno do núcleo e a gravidade os mantêm unidos.
Como a gravidade depende de massa, seria possível pensar que a maior parte da massa
de uma galáxia fica no disco galáctico ou perto de sua porção central.
No entanto, depois de estudar as curvas de rotação da Via Láctea e de outras galáxias, os
astrônomos concluíram que a maior parte da massa fica nas porções exteriores da galáxia,
como no halo, onde existe pouca luz das estrelas ou pouca luz refletida pelos gases.
Estimativas:
o massa do disco: 2 a 13%
o massa do bojo: 1 a 6%
o massa do halo: 81 a 97%
Populações estelares
Quais tipos de estrelas existem em cada parte da Via Láctea?
Walter Baade (1893-1960), contemporâneo de Edwin Hubble no observatório de Mount
Wilson, estudando a galáxia Andrômeda, notou que podia distinguir claramente as estrelas azuis
nos braços espirais da galáxia, e propôs o termo População I para estas estrelas dos braços, e
População II para as estrelas vermelhas visíveis no núcleo da galáxia.
Atualmente, utilizamos essa nomenclatura mesmo para estrelas da nossa Galáxia e sabemos que
as estrelas de População I são estrelas jovens, como o Sol, com menos de 7 bilhões de anos,
ricas em metais, isto é, com conteúdo metálico (qualquer elemento acima do He) de cerca de
2%, enquanto que a População II corresponde a estrelas velhas, com cerca de 10 bilhões de
anos, e pobres em metais, isto é, com menos de 1% em metais.
Relação idade-metalicidade
o Com o tempo, o meio
interestelar é enriquecido de
elementos
pesados
por
estrelas
que “morreram”
(nebulosas
planetárias,
supernovas).
o Deste meio enriquecido as
novas estrelas se formam.
o Novas gerações de estrelas
são mais ricas em “metais“
que as anteriores.
Aglomerados abertos
Aglomerados
globulares
Aglomerados abertos
(~2000) na maioria no disco
Aglomerados globulares
(~160) na maioria no halo
O Disco Galáctico
O disco é a parte mais visível da galáxia, e é nesta estrutura sobre a qual repousam os braços da Via
Láctea; sua espessura equivale a 1/5 de seu diâmetro.
Constituído pela população mais jovem de estrelas (chamada de população 1) de cor azulada, por
nuvens de poeira, gás e por aglomerados estelares.
As estrelas do disco, têm um movimento de translação em volta do núcleo. Todas as estrelas que
observamos no céu noturno, estão localizadas no disco galáctico.
~7 kpc
Bojo
O bojo tem sua forma é esférica e é constituído principalmente por estrelas do tipo
população 2 (estrelas velhas). Esta região da galáxia é rica em elementos
pesados pesados. Também estão presentes aglomerados globulares.
O bojo visto no
infravermelho pelo COBE
Núcleo (ou Centro) Galáctico
o A parte mais difícil de observar da Via Láctea é o Centro, escondendo-se atrás de poeira
valendo ~30 magnitudes de extinção no ótico, na constelação de Sagitário.
o Melhor observável em comprimentos de ondas mais longas, λ > 1 μm
o Observando na banda K, λ ~ 2.2 μm, dá pra ver um aglomerado denso de estrelas velhas.
Núcleo (ou Centro) Galáctico
•
Nesta região, as estrelas orbitam algum centro de massa (chamado Sagitário A* (Sgr A*)) tão
rapidamente que dá pra observar o movimento.
•
A estrela mais próxima do Centro Galáctico, S2, orbita Sgr A* em apenas 15.2 anos, chegando
a 120 UA do Centro. Em comparação , plutão tem um afélio de 49 UA.
•
A única explicação que conhecemos para um objeto tão denso e escuro é um Buraco Negro
Supermaciço, em contraste aos Buracos Negros Estelares formados na morte de uma estrela,
de massas bem menores.
•
http://www.youtube.com/watch?v=opUkRkexw10
Braços Espirais
Até 1953 não se conhecia a existência de braços espirais na Via Láctea, pois a visualização da
das espirais era ocultada pela poeira interestelar e dificultada por ser feita do interior da
própria galáxia.
Até 2008 acreditava-se que possuía 4 braços, mas imagens reveladas pelo telescópio Spitzer
revelaram que ela pode não ser exatamente assim.
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Braço de Perseu
Braço de Norma
Braço de Centauro
(Cruz-Scutum)
Carina-Sagittarius
Braço de Órion
Braços Espirais
Robert Benjamin da Universidade de Wisconsin-Whitewater sugeriu que a Via Láctea possui
apenas dois braços estelares principais: o braço Perseu e o braço Scutum-Centaurus.
Os demais braços foram reclassificados como braços menores ou ramificações
Halo
O halo tem uma forma esférica e é constituída por partículas ultraexcitadas a alta temperatura, anãs
vermelhas, anãs brancas e por aglomerados globulares, que estão em órbita em torno do centro de
massa galáctica.
O halo não é observável opticamente. As estrelas que formam os aglomerados globulares (de forma
esférica) são as mais antigas da galáxia. Supõe-se que sua estrutura seja gigantesca.
A sua massa gira entre 5 ou 10 maior do que a massa restante da galáxia. Sua forma, seus
componentes e seus limites no espaço intergaláctico são desconhecidos até o início do século XXI, e
muitas das afirmações acerca do halo são especulações científicas.
Evolução das galáxias – Via Láctea
As galáxias não agem sozinhas. A distância que as separa parece imensa, mas os diâmetros
das galáxias são igualmente grandes. Comparadas às estrelas, as galáxias ficam relativamente
perto uma das outras. Podem interagir e, o mais importante, colidir.
Evolução das galáxias – Via Láctea
Quando as galáxias colidem, elas na verdade se atravessam mutuamente - as estrelas que
elas contêm não se chocam, devido às imensas distâncias interestelares. Mas as colisões
tendem a distorcer a forma de uma galáxia.
Colisão entre a NGC 4038 e a NGC 4039.
Distribuição das galáxias próximas à Via Láctea
As galáxias não se distribuem aleatoriamente pelo universo - tendem a existir em aglomerados
galácticos. As galáxias nesses aglomerados se mantêm unidas pela gravitação e influenciam
umas às outras.
Aglomerados pobres - contêm menos de mil galáxias. A Via Láctea e a galáxia de Andrômeda
(M31) são parte do Grupo Local, que contém algo entre 35 e 50 galáxias.
Distribuição das galáxias próximas à Via Láctea
O Grupo Local é o grupo de galáxias que inclui nossa Galáxia, a Via Láctea. O grupo tem o
centro gravitacional localizado entre a Via Láctea e a galáxia de Andrômeda.
As galáxias do Grupo Local cobrem uns 10 milhões de anos-luz de diâmetro e tem uma
aparência binária. A massa total do grupo é estimado em 1,29 × 1012 massas solares. O próprio
grupo é um dos muitos em todo o Superaglomerado de Virgem.
Distribuição das galáxias próximas à Via Láctea
Aglomerados ricos - contêm mil ou mais galáxias. O superaglomerado de Virgem, por exemplo,
inclui mais de 2,5 mil galáxias e se localiza a cerca de 55 milhões de anos-luz da Terra.
“Nossa galáxia, a Via Láctea, é apenas uma dentre bilhões de outras, sendo sua posição
perfeitamente irrelevante. Nosso planeta não ocupa uma posição especial no sistema solar,
nosso Sol não ocupa uma posição especial em nossa galáxia, e nossa galáxia não ocupa uma
posição especial no Universo. O que temos de especial é a habilidade de nos maravilharmos
com a beleza do cosmo.” [Marcelo Gleiser]
Referências
o Kepler de Souza Oliveira e Maria de Fátima, Astronomia e Astrofísica, in
http://astro.if.ufrgs.br/index.htm
o Pieter Westera, Noções de Astronomia e Cosmologia, in
http://professor.ufabc.edu.br/~pieter.westera/Astro.html
o José Roberto Costa, Astronomia no Zênite, Via Láctea, in
http://www.zenite.nu/