2.11_A_nossa_galáxia

8/12/2019 2.11_A_nossa_galáxia

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A nossa Galáxia

Sabemos que o nosso planeta, a Terra, faz parte de uma estrutura maior que é o Sistema Solar. Formadopelo Sol, seus 9 planetas, dezenas de satélites naturais, cometa, asteróides, etc., o Sistema Solar não estáisolado no espaço. Basta olhar para o céu em uma noite escura para notarmos que estamos cercados pormilhares de estrelas. Na verdade não são milhares mas sim milhões delas que, junto conosco, formam aestrutura maior em que vivemos, uma galáxia.

Este é o capítulo em que estudaremos a nossa Galáxia. No entanto, logo de início precisamos esclarecer umproblema de terminologia:

Chamamos a galáxia em que vivemos de "Galáxia", escrito assim mesmo, com letra maiúscula.No entanto, livros norte-americanos se referem à nossa galáxia como Via Láctea ou Galáxia ViaLáctea (Milky Way Galaxy). Reservamos o nome de Via Láctea para uma parte da nossa Galáxia,o seu plano ou disco.

O que é a nossa Galáxia?

A nossa Galáxia é uma grande galáxia espiral que possui mais de 400 bilhões de estrelas, tanto isoladascomo concentradas em aglomerados, além de gás e poeira interestelares.Comparando com outras galáxias, podemos dizer que a nossa Galáxia é realmente uma galáxia gigante!Suas principais características estão na tabela abaixo:

número de estrelas 400 bilhões

massa entre 750 bilhões e 1 trilhão de massas solares

diâmetro cerca de 100000 anos-luz

classificação de Hubble Sbc? ou barrada (SBbc)?

A estrutura da nossa Galáxia

A nossa Galáxia pode ser separada em três partes distintas onde estão concentrados todos os seuscomponentes:

• o h a l o : uma distribuição aproximadamente esférica que contém as estrelas mais velhas na Galáxia.

• o b o j o n u c le a r com o Cen t r o Ga lác t i co : é a região mais central da Galáxia.

• o d i s c o : onde estão os braços espirais, contendo a maioria das estrelas, inclusive o Sol, evirtualmente todo o gás e poeira.

Se pudessemos obsevar a nossa Galáxia de uma distância bastante grande veriamos algo com esta forma:



de perfil de frente



Halo

O halo é uma região aproximadamente esférica que envolve toda a nossa Galáxia.

Conhecemos pouco a respeito dele. Até hoje não sabemos bem qual é a extensão total do halo da nossaGaláxia e nem mesmo a sua massa.

O halo está preenchido com um gás muito difuso, muito quente e altamente ionizado. Por ser um gás muito

quente, o gás do halo produz um fundo de radiação gama.

As investigações realizadas nos halos gasosos de outras galáxias espirais mostraram aos astrônomos que,em geral, o gás dos halos se estende por uma região muito maior do que aquela anteriormente imaginada.Em geral os halos se espalham por regiões afatadas por até centenas de milhares de anos-luz do corpo dasgaláxias.

Estudos feitos utilizando dados conhecidos sobre a rotação da nossa Galáxia mostraram aos astrônomos queo halo domina a massa da Galáxia. No entanto, esta matéria até hoje não foi observada. É por esta razãoque os cientistas chamam esta matéria que existe na Galáxia, e que não é visível, de m atér ia e scu ra .

É no halo da Galáxia que encontramos as estrelas mais velhas conhecidas. A maioria das estrelas que estãoai localizadas são estrelas individuais ou seja, não estão em aglomerados estelares. Elas são estrelas velhas,pobres em metal, que são classificadas como estrelas da população II. Estas estrelas individuais sãochamadas de estrelas de alta velocidade tendo em vista se deslocarem no espaço muito maisrapidamente do que o Sol. Estas estrelas antigas, pertencentes ao halo da Galáxia, possuem a característicade se deslocarem em órbitas que estão fortemente inclinadas, em ângulos aleatórios, em relação ao planoda galáxia (o disco).

Os aglomerados globulares

Muitas estrelas do halo da Galáxia estão agrupadas formando os aglomerados globulares.

Os aglomerados globulares são reuniões bastante densas de estrelas, quase sempre com forma esférica, quese distribuem no halo da Galáxia.

Estes aglomerados globulares estão mais concentrados na direção do centro galáctico.Embora os aglomerados globulares apresentem uma quantidade impressionante de estrelas, elas constituemapenas cerca de 1% do número total de estrelas do halo.

As estrelas que compõem os aglomerados globulares são estrelas velhas, pobres em metal ou seja, estrelasda população II.Conhecemos 146 aglomerados globulares dos talvez 200 que acreditamos terem sido criados durante aformação da nossa Galáxia. Estes aglomerados têm de 10 a 15 bilhões de anos de idade, dados obtidos apartir da análise dos seus diagramas H-R.



copyright: Hubble Heritage Team (AURA / STScI / NASA)

Este é o aglomerado globular M 80, também conhecido como NGC 6093. Este aglomerado foi descoberto porCharles Messier em 1781.

Localizado na constelação Scorpius, este aglomerado globular está a uma distância de 27400 anos-luz denós e tem cerca de 86 anos-luz de diâmetro.

O aglomerado globular M 80 é um dos mais densos aglomerados da nossa Galáxia, tendo muito mais do que100000 estrelas.



Esta é a imagem do aglomerado globular NGC 5094, também conhecido como M 5, obtida por David Malin,do Anglo-Australian Observatory. Nesta imagem vemos claramente as cores das estrelas mais brilhantes,especialmente o grande número de estrelas azuis gigantes que ele possui.Este aglomerado globular está na constelação Serpens.

David Malin, do Anglo-Australian Observatory, obteve esta espetacular imagem do aglomerado globular 47Tucanae, também conhecido como NGC 104. Este aglomerado está a cerca de 15000 anos-luz de nós, naconstelação Tucanae.47 Tucanae contém vários milhões de estrelas, uma quantidade maior do que aquela apresentada pormuitas galáxias pequenas!O aglomerado 47 Tucanae contém algumas das estrelas mais velhas da nossa Galáxia, muitas delas estrelasgigantes vermelhas.Neste aglomerado, recentemente, os radio-astrônomos descobriram pulsares de rápida rotação, resultantesdo processo de evolução de estrelas tão velhas.



A imagem acima, obtida por David Malin, do Anglo-Australian Observatory, nos mostra o aglomeradoglobular Omega Centauri, também conhecido como NGC 5139.

O aglomerado Omega Centauri é um dos mais ricos da nossa Galáxia. Ele contém vários milhões de estrelasmas, ao contrário do aglomerado globular 47 Tucanae, Omega Centauri possui uma estrutura um poucomais aberta.

A população estelar do aglomerado aberto Omega Centauri mostra que ele é uma dos objetos mais velhosassociados com a nossa Galáxia.

Com a ajuda das muitas estrelas variáveis RR Lyrae que este aglomerado possui os astrônomosdeterminaram que ele está a cerca de 17000 anos-luz de nós.

Disco

A bonita faixa de estrelas brilhantes que você vê atravessando océu em uma noite escura é a Via Láctea, um imenso conjuntode estrelas que se distribuem ao longo do plano de simetria danossa Galáxia. Este plano de simetria é chamado de equadorgaláctico.

A imagem ao lado, obtida por David Malin para o Anglo-Australian Observatory, nos mostra todo o esplendor da Via

Láctea.

Na verdade, a Via Láctea é apenas uma visão de perfil da regiãoplana da nossa Galáxia que é chamada de disco galáctico ouplano galáctico.

Este diagrama, onde estão localizadas 25000 estrelas brancasbem brilhantes, mostra como elas se concentram ao longo doequador galáctico ou seja, da Via Láctea. A grande manchaescura vista no meio do diagrama é produzida pelas nebulosasescuras existentes nas constelações Aquilae e Ophiucus.



O disco da Galáxia é um sistema em rotação, achatado, que contém o Sol, outras estrelas geralmente deidade intermediária ou então jovens, matéria interestelar, nebulosas difusas e aglomerados estelares.

O disco contém hidrogênio atômico (HI), hidrogênio molecular (H2), gás e poeira.

Esta matéria pertencente ao disco da Galáxia forma uma estrutura que chama a atenção em qualquerimagem e que caracteriza a forma da nossa Galáxia. É nela que encontramos os braços espirais, que sedestacam nas imagens devido à presença de estrelas muito luminosas.

Devido à nossa posição dentro da Galáxia, situados no disco dela e próximos ao seu plano, nós a vemosessencialmente de perfil. Em geral alcançamos apenas 10o acima e abaixo do plano da Galáxia.

É difícil estudar o disco da Galáxia na região óptica do espectro eletromagnético. A emissão proveniente dasestrelas é fortemente atenuada pela poeira interestelar que existe no disco. Na verdade, só conseguimos vercerca de 1000 anos-luz em torno de nós no plano da nossa Galáxia.

Para estudarmos a distribuição de matéria no plano da Galáxia precisamos recorrer a outra região espectral,a região do infravermelho. O satélite artificial IRAS, usando sua potente visão infravermelho, foi capaz denos mostrar que a forma da nossa Galáxia é bem mais regular do que os astrônomos pensavam.



A estrutura espiral

É no plano, ou disco, da Galáxia que se encontram os seus braços espirais. Nossa Galáxia possui osseguintes braços espirais, de fora para dentro:

• braço externo, "+II"

• braço Perseus, "+I"• braço Local ou braço Orion, "0"• braço Sagittarius ou braço Sagittarius-Carina, "-I"• braço Scutum-Crux, "-II"• braço Norma

O braço Local ou braço Orion é um braço pequeno e serve como conexão entre dois braços com muito maismassa, o braço Sagittarius, mais interno, e o braço Perseus, mais externo.



Esta imagem, obtida por David Malin, do Anglo-Australian Observatory, mostra o aglomerado aberto NGC3293, localizado na constelação Carina, a uma distância de cerca de 8500 anos-luz de nós. A estrela corlaranja brilhante no centro da imagem é o membro do aglomerado que envelheceu mais rapidamente.

Esta é a imagem do aglomerado aberto NGC 4755, obtida por David Malin, do Anglo-Australian Observatory,o famoso grupo de estrelas que existe na constelação Crux (Cruzeiro do Sul). Ele está situado a cerca de7800 anos-luz de nós. Este aglomerado aberto, também conhecido como "Caixa de Jóias", é belíssimomesmo visto com pequenos telescópios. Ele é formado por estrelas jovens muito brilhantes. A estrela de corlaranja brilhante é Kappa Crucis, uma estrela muito jovem, muito grande e, portanto, muito luminosa. Elaestá no estágio de supergigante, o que significa que, daqui a alguns milhões de anos, irá explodir como umasupernova.

Quando vemos este aglomerado a olho nú ele aparece como um ponto luminoso próximo à estrela mais aleste do Cruzeiro do Sul.



Nesta imagem, obtida por David Malin, do Anglo-Australian Observatory, vemos o aglomerado aberto NGC6705, também conhecido como M 11.

Este aglomerado é formado por estrelas azuis brilhantes , o que mostra que ele é bastante jovem.

O aglomerado aberto M 11 está localizado na constelação Scutum.

A Via Láctea em vários comprimentos de onda

As imagens abaixo mostram o plano da Galáxia em vários intervalos de freqüência. Este mosaico, feito pelaNASA, reune dados obtidos por diversas fontes, tanto situadas na Terra como em satélites.

Cada imagem representa a Via Láctea vista 10o acima e abaixo do plano da Galáxia. Estas imagens foramcriadas pelo Dr. Seth Digel e Jay Friedlander (SSDOO Visualization Lab Task Leader).

radio (0,4 GHz)

hidrogênio atômico

radio (2,7 GHz)

hidrogênio molecular

infravermelho

infravermelho médio (6,8 a 10,8 microns)

infravermelho próximo

óptico

raios X



raios gama

objetos importantes

copyright: National Aeronautics and Space Administration (NASA)

Na coluna intitulada objetos importantes há o seguinte código de cores:

• em vermelho: aspectos estruturais importantes da Via Láctea• em azul: regiões H II ópticas• em verde: radio-fontes• em púrpura: associações OB

Onde nós estamos?

O Sistema Solar, o Sol e todos os seus acompanhantes, se situa nas regiões mais externas da nossa Galáxia.

Ele está no disco, situado a apenas 20 anos-luz acima do plano equatorial da Galáxia. A espessura daGaláxia na região onde esta o Sol e seus planetas é de cerca de 2000 anos-luz.

O Sistema Solar está localizado dentro de um braço espiral pequeno chamado Braço Local ou Braço Orione está a cerca de 28000 anos-luz do Centro Galáctico ou seja, a 2/3 do caminho entre o centro da Galáxia ea borda do seu disco (medido a partir do centro).

Com uma velocidade de, aproximadamente, 250 quilômetros por segundo, o Sistema Solar completa umavolta em torno do centro da Galáxia a cada 225 milhões de anos. Isto significa que desde que foi formado,há 4,6 bilhões de anos, o Sistema Solar deu apenas 20 ou 21 voltas completas em torno do centro da nossaGaláxia.

O centro da Galáxia

Já vimos que a distribuição de poeira interestelar existente na nossa Galáxia dificulta bastante as

observações realizadas na direção do seu centro. Esta poeira obscurecendo a luz visível emitida pelosobjetos que se encontram nesta região e não permite que os astrônomos conheçam, com detalhes, a regiãocentral da nossa Galáxia.

É claro que esta dificuldade aguçou ainda mais a curiosidade dos cientistas, que têm ao longo dos temposinsistido em saber qual é o conteúdo e as propriedades do centro da Galáxia.

O céu na direção do centro galáctico, que está na constelação Sagittarius, possui inúmeros objetosmarcantes. O centro da Galáxia está em uma região que inclui as constelações Sagittarius, Libra, Scorpius,Scutum e Ophiucus, e que é extremamente rica em estrelas, nebulosas, aglomerados abertos, etc., comomostra o mosaico abaixo.



Observe que na imagem acima há uma área chamada "Janela de Baade" (Baade's window). Em 1940 oastrônomo Walter Baade descobriu uma "janela" no meio de toda a poeira que existe nesta região. Nesta"janela", localizada próxima ao centro da Galáxia, existe comparativamente pouca poeira, e isto permitiu queos astrônomos conhecessem um pouquinho mais esta região do céu, distante de nós e com milhões deestrelas, que está na direção do centro da Galáxia. Paracontornar os problemas causados pela presença dapoeira interestelar, os astrônomos, na sua tentativa dedescobrir quais são as propriedades do centro galáctico,realizam observações nas regiões rádio e infravermelhodo espectro eletromagnético, uma vez que a poeira nãoimpede a passagem destas radiações como o faz com aluz visível.

A imagem abaixo mostra o poder das observações feitasno infravermelho, quando estudamos o centro da nossaGaláxia. Ela foi obtida pelo "Two-Micron All Sky Survey"um impressionante projeto do Jet Propulsion Laboratory.Este projeto usou dois telescópios de 1,3 metros emtempo integral, um deles no Fred Lawrence WhippleObservatory, em Mount Hopkins, Arizona, EstadosUnidos. O outro relescópio estava no Cerro Tololo Inter-American Observatory, situado no Chile. As observações

começaram no Arizona em junho de 1997 e no Chile emmarço de 1998. Todo o trabalho de observaçõesterminou em fevereiro de 2001. Como resultado destelevantamento no infravermelhos foi construido um atlasdo céu com 120 milhões de imagens contendo 14trilhões de pixels! Este fantástico levantamento do céu produziu uma série de catálogos com mais de meiobilhão de objetos!

Nesta imagem do "Two-Micron All Sky Survey" podemos ver as enormes nuvens de poeira que bloqueiam anossa visão do centro da Galáxia na região da luz visível.

Os trabalhos realizados nos mostraram que a região central da nossa Galáxia é um local incrivelmentepopulado por estrelas. A imagem abaixo, tirada na direção da constelação Sagittarius, onde se encontra ocentro da nossa galáxia, dá uma mostra da densidade de estrelas que existe nesta região.



As estrelas que você vê povoando densamente o fundo desta imagem pertencem ao bojo da nossa Galáxia,uma nuvem de estrelas que circunda o centro da nossa Galáxia.

Esta belíssima imagem também mostra o pequeno aglomerado aberto NGC 6520, formado por estrelasazuis, superposto no fundo repleto de estrelas distantes. Este aglomerado aberto está a 5500 anos-luz denós, na constelação Sagittarius, e tem cerca de 10 anos-luz de diâmetro. O aglomerado aberto NGC 6520 seformou a apenas alguns milhares de anos sendo, portanto, muito mais jovem do que o nosso Sol que tembilhões de anos de idade.

Nesta mesma região vemos a nuvem de matéria escura Barnard 86. Provavelmente o aglomerado abertoNGC 6520 e a nuvem escura Barnard 86 são objetos associados. Acredita-se que as estrelas do aglomeradoforam formadas pela matéria desta nuvem escura.

As observações feitas em comprimentos de onda radio, onde nós podemos observar até o centro verdadeiroda Galáxia, nos revelaram estruturas bastante complexas que existem nesta região.

O centro da nossa Galáxia coincide com uma fonte, a Sag A, ou Sagittarius A. Na verdade, este é umconjunto de fontes, um jovem resto de supernova no lado leste, uma não usual região de hidrogênioionizado no lado oeste e uma fonte muito compacta chamada Sagittarius A* no verdadeiro centro daGaláxia.

As observações realizadas no infravermelho revelaram a existência de um denso aglomerado estelar nocentro galáctico, próximo a Sag A. Este aglomerado tem uma massa de ~2 x 106 Msol distribuidas em apenas1 parsec. Suas estrelas estão separadas por somente 1000 unidades astronômicas. Este denso



"empacotamento" das estrelas em uma região tão pequena faz com que a cada 106 anos ocorra uma colisãode estrelas nesta região.

Girando em torno deste aglomerado denso de estrelas, existe um "anel molecular", uma distribuição degrande massa de gás molecular e poeira. Este "anel" se estende por uma região que vai de cerca de 1,5anos-luz a 25 anos-luz, medidos a partir do centro da Galáxia. Além disso, as observações radio revelaramque existem evidências de violentas ondas de choque passando por esta região. Estas ondas devem ter seformado como conseqüência dos eventos explosivos que ocorreram neste local em um passado bem recente.

Também foi a radioastronomia que nos revelou a existência de imponentes estruturas lineares, com 60anos-luz de comprimento e que acompanham o campo magnético da Galáxia, localizadas fora deste anelmolecular. Estas estruturas são regiões de formação de estrelas isoladas e/ou restos de supernovas, estrelasque explodiram neste local.

A região do Centro Galáctico também é uma fonte forte de raios X e de raios gama. Os raios X sãoproduzidos por sistemas binários com buracos negros e por supernovas, estrelas que explodiram em regiõespróximas ao centro galáctico. Os raios gama, com energia de 0,5 MeV, são produzidos por aniquilação departículas e antipartículas que ocorre nesta região, talvez produzidas pelas muitas supernovas que ocorremnas regiões centrais da nossa Galáxia.

Um buraco negro no centro da nossa Galáxia

Recentemente os astrônomos têm estudado com empenho a possivel existência de um buraco negro degrande massa localizado dentro do aglomerado estelar que está no Centro Galáctico.

Observações feitas em comprimentos de onda do infravermelho, usando o telescópio Keck de 10 metros,revelaram que algumas estrelas situadas próximas ao centro da nossa Galáxia estão se deslocando comsurpreendentes velocidades de até 1000 quilômetros por segundo!

Outras medidas feitas nesta região revelam que muitas outras estrelas, e até mesmo o gás interestelar, queestão próximas ao centro galáctico apresentam velocidades muito altas.

Por que estas estrelas estão se movendo tão rápido? A imagem mostrada abaixo, obtida no infravermelho,nos revela como as estrelas que estão localizadas na região de um ano-luz em torno do centro galáctico semoveram nos últimos oito anos. A cruz amarela identifica o local onde encontramos uma radio fontebastante peculiar designada Sgr A*. A análise destes dados nos mostra que estrelas com uma velocidade tãoalta exigem a presença de um objeto capaz de produzir uma grande aceleração gravitacional. Este objetocentralque exerce esta ação gravitacional, mantendo estas estrelas em órbita no centro da Galáxia, tem que

ser muito compacto e ter muita massa. Isto só pode ser justificado se, nesta região central da nossaGaláxia, existir um objeto com uma massa de 2,5 milhões de vezes aquela do nosso Sol confinado em umaregião com 1/5 de um ano-luz.

Isto sugeriu aos astrônomos que um buraco negro de grande massa poderia estar presente na região centralda nossa Galáxia, produzindo um puxão gravitacional muito forte, necessário para manter as estrelas e ogás existentes nesta região nas suas órbitas de alta velocidade.

Há um outro fato que parece confirmar a existência deste buraco negro no centro da nossa Galáxia. Algumasobservações revelaram que estas estrelas de alta velocidade estão localizadas próximas à fonte SagittariusA*, a radio-fonte que está bem perto do centro da Galáxia. No entanto, o sinal radio não muito poderosoemitido por Sgr A*, mostrava que esta radio fonte não possuia massa suficiente para justificar o queacontecia no centro da Galáxia. Mas quando os astrônomos utilizaram o radio-telescópio VLBA (Very LongBaseline Array) para calcular a velocidade de SgrA* algo bem diferente foi revelado. Eles encontraram queSgrA* possui uma velocidade menor do que 20 quilômetros por segundo. Isto quer dizer que é muitoimprovável que SgrA* seja uma estrela única ou grupo de estrelas uma vez que somente um objeto com

muita massa poderia permanecer praticamente estacionário sob as condições que existem no centro danossa Galáxia.

Cada vez mais aumenta a evidência de que Sag A* é, de fato, um buraco negro com uma massa 2 a 3milhões de vezes maior do que a massa do Sol.

Acredita-se que este buraco negro está sendo "alimentado" pelo gás existente no anel molecular ou porrestos de supernova que existem nesta região. Se Sag A* for realmente o buraco negro existente no centroda Galáxia ele poderia facilmente explicar os fenômenos de altas energias que ocorrem nas regiões vizinhasao centro galáctico. Para isto bastaria que este buraco negro consumisse menos de 1% da massa de umaestrela a cada ano. A energia potencial gravitacional liberada por este processo seria capaz de explicar quase



tudo que ocorre nesta região.

Esta imagem, obtida pelo Chandra X-ray Observatory, da NASA, mostra a região central da nossa Galáxia, aregião da constelação Sagittarius. A fonte puntiforme brilhante no centro da imagem foi produzida por umagigantesca emissão de radiação na região espectral de raios X. Esta emissão ocorreu na vizinhança doburaco negro de grande massa, cerca de 2,6 milhões de vezes a massa do Sol, que existe no centro danossa Galáxia e que está associado com a radio fonte compacta Sagittarius A*. Esta fonte de raios X nocentro galáctico brilhou dramaticamente por alguns minutos e após cerca de três horas diminuiu a sua

intensidade. Esta rápida variação na intensidade de raios X indica que esta emissão foi produzida pormaterial que estava muito próximo ao buraco negro e que foi assimilado por ele. Acredita-se que este discode matéria deve estar tão próximo do buraco negro quanto a Terra está do Sol.

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