Aula 13: Via Láctea

Profª Renata Paes

A Via Láctea

- Em locais escuros e com céu limpo, geralmente distante de grandes cidades, é possível observar

uma faixa esbranquiçada. É a Via Láctea, Galáxia (com G maiúsculo para diferenciar de outras

galáxias) que abriga o Sistema Solar

- Galáxias como a Via Láctea são gigantescos sistemas abrigando centenas de bilhões de estrelas e

outros objetos, como planetas e nuvens de poeira e gás

A Via Láctea

- Na mitologia grega, Zeus teve um filho com uma mortal. Para que a criança obtivesse imortalidade,

Zeus a levou para ser amamentada por sua esposa Hera, que enfurecida, empurrou a criança e

derramou o seu leite pelo céu, formando assim a Via Láctea

- Via Láctea = “caminho de leite”

Peter Paul Rubens - The Birth of the Milky Way, 1636-1637

A Via Láctea

- Em 1610, Galileu Galilei, ao apontar o seu telescópio para o céu, escreveu: “a galáxia de fato não é

nada além de um amontoado de estrelas que formam aglomerados. Para qualquer direção que se

aponte o telescópio, uma vasta quantidade de estrelas imediatamente se mostra, muitas delas

bastante brilhantes, enquanto o número de estrelas pequenas é incalculável."

- Foi através de observações das estrelas, contando-as e calculando as suas distâncias, que os

astrônomos, deduziram o formato e a estrutura da Via Láctea

A Via Láctea

- Em 1750, Thomas Wright sugeriu que a Via Láctea fosse uma casca esférica de estrelas

- Em 1755, Immanuel Kant apresentou o conceito de “Universos ilhas” e que a Via Láctea seria um

entre outros desses Universos

A Via Láctea

- Em 1780, William Herschel e sua irmã, Carolina Herschel, iniciaram estudos quantitativos

realizando contagem de estrelas., supondo mesma luminosidade para todas, podendo assim

calcular as suas distâncias

- Concluíram, então, que a Galáxia teria uma forma achatada e que o Sol estaria próximo ao centro.

Resultando em um mapa como o da imagem abaixo

A Via Láctea

- Em 1922, Jacobus Kapteyn, fazendo suposições mais realistas quanto às magnitudes absolutas,

chegou num modelo da Via Láctea similar àquele do Herschel, um esferóide achatado com

densidade de estrelas diminuindo com a distância do centro.

- Em ambos os modelos, o Sol fica perto do centro, por que ambos não levaram em conta a extinção

interestelar (=> aula Matéria Interestelar), que faz que a distância de vista é comparável em todas as

direções no disco, onde fica a poeira.

A Via Láctea

- Pouco antes, Harlow Shapley tinha encontrado que a distribuição de aglomerados globulares é

centrada na região da constelação Sagitário

- Ele concluiu que o centro da Via Láctea deveria estar naquela direção, a uns 15 kpc do Sol (quase

duas vezes o valor atual), e que o diâmetro deve ser da ordem de 100 kpc (também quase duas

vezes o tamanho atual).

A Via Láctea

O grande debate

- Dizia respeito à natureza das chamadas nebulosas espirais e do tamanho do universo

Harlow Shapley Heber Curtis

- Via Láctea muito

grande

- Sol a uns 15 kpc

do centro

- Nebulosas fazem

parte da galáxia

- Via Láctea pequena

- Sol está no centro

- Nebulosas são

“universos ilhas”

A Via Láctea

- O Grande Debate ficou inconclusivo por alguns anos, até que o astrônomo Edwin Hubble,

utilizando o seu telescópio Hooker de 100 polegadas, conseguiu medir a distância de estrelas em

Andrômeda (M31), confirmando os argumentos de Curtis que a Via Láctea era só mais uma entre

tantas galáxias

- Importante salientar que, Curtis cometeu alguns erros como o cálculo do diâmetro da nossa

galáxia, e, por sua vez Shapley não chegou apenas a conclusões erradas. Ele argumentou,

corretamente, que o Sol se situa perto dos limites da nossa galáxia, enquanto Curtis nos tinha

colocado bem no centro

Via Láctea

- O fato de nos encontrarmos no Disco dificulta a determinação da estrutura por dois

motivos:

● motivos geométricos (é difícil determinar a estrutura de um disco, se você está

dentro dele)

● A poeira interestelar, que só teve seu papel bem estabelecido em 1930, bloqueia

nossa visão em diversas direções dentro do disco

Poeira

Janela

Uma zona com pouco

poeira, que permite a

observação

Ex: bojo da Galáxia

Via Láctea

- A observação da Via Láctea tem sido feita não só em luz visível, mas em diversos comprimentos

de onda do espectro eletromagnético, desde o infravermelho, onde é melhor a observação, pois é

onde a poeira é menos opaca, até raios X e gama, que permitem sondar as estruturas além das

faixas de poeira até seus confins

ÓPTICO

INFRAVERMELHO

Via Láctea

Morfologia da Via Láctea

- Usando os dados disponíveis hoje, o modelo da Galáxia afirma que ela consiste de:

● Disco, onde estão a maioria das estrelas, incluindo o Sol

● Bojo ou Bulbo central, contendo estrelas, gás e poeira

● Halo Estelar, contendo estrelas e os aglomerados globulares do Shapley

● Halo de Matéria Escura

● O Núcleo, contendo um Buraco Negro supermassivo

Morfologia da Via Láctea

Populações Estelares

- O conceito foi desenvolvido pelo astrônomo Walter

Baade (1893-1960) na década de 1940, que ao

observar a Galáxia de Andrômeda (M31), notou que

os componentes estelares da galáxia não se

diferenciavam somente pela sua localização, mas

também pela diferença de idades e sua ligação com

a composição química. Então, dividiu as estrelas da

galáxia em dois grupos

Populações estelares

- População I: estrelas típicas para a vizinhança solar (estrelas "normais") - Estrelas OBazuis, novas, nebulosas planetárias. Estas também se encontram em aglomeradosabertos, no meio interestelar e nos braços espirais. Têm alta metalicidade e sãofrequentemente jovens

- População II: Na Via Láctea, as “estrelas de alta velocidade” (Halo) aglomeradosglobulares: Gigantes Vermelhas, sub-anãs. Estrelas velhas de baixa metalicidade

- Atualmente o termo População Estelar é usado também para conjuntos de estrelas com

história de formação em comum

Aglomerados Estelares

- Aglomerados globulares

● Formados por meio de nuvens

moleculares gigantes

● Contêm mais de 1000 membros

● Compactos

● Possuem formato esférico

● Suas estrelas figuram entre as mais

velhas da Galáxia

Omega Centauri

Aglomerados Estelares

- Aglomerados abertos

● Forma e dimensões variadas

● Possuem poeira e gás, o que indica que

são objetos jovens

● O número de estrelas varia entre 100 e

1000

NGC 4755 (também conhecido como Caixa de Joias,

Aglomerado Kappa Crucis e Caldwell 94)

Aglomerados Estelares

Aglomerados abertos

Maioria no Disco

Aglomerados globulares

Maioria no Halo

Disco Galáctico

- A Via Láctea é provavelmente uma galáxia espiral (=> aulas galáxias) com um disco estelar

contendo os Braços Estelares.Estima-se que o diâmetro do disco está entre 40 kpc a 50 kpc. O Sol

fica a R0 ≈ 8 kpc do Centro Galáctico e ~30 pc “acima” do plano

- Formado pelas estrelas mais jovens de cor azulada, além das nuvens de poeira, gás e poraglomerados abertos. 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

- Nas regiões mais centrais do disco é onde ocorre a maior formação de estrelas.

Braços Espirais

- Formados pelo mesmo material que o resto do disco, mas com densidade ligeiramente maior

- São regiões de formação estelar e, por isso, mais brilhantes que o restante do disco

- A Via Láctea tem quatro grandes Braços Espirais:

•Braço de Perseu

•Braço de Norma

•Scutum-Crux

•Carina-Sagittarius

- Existem estruturas menores e bastante comuns, como o Braço de Órion onde está o Sistema

Solar, situado entre o braço de Sagitário e de Perseus

- Também há indícios que a Galáxia possui uma Barra Central de 4.4 kpc de comprimento, sendo

assim, considerada do tipo Espiral Barrada

Braços Espirais

Bojo ou Bulbo Central

- O bojo, é uma região esférica de 2000 pc de raio, envolvendo o núcleo

- É constituído principalmente por estrelas velhas

Messier 81, uma galáxia com bojo bem definido

Halo Estelar

- É uma região aproximadamente esférica que se estende para além do disco, onde está presente

pouca quantidade de gás e poeira e nenhuma atividade de formação estelar

- Esta região da galáxia pode abrigar ainda um grande número de estrelas anãs vermelhas de

pequena massa e pouco brilhantes, o que tornaria difícil sua detecção

- Existem centenas de aglomerados globulares, constituídos por estrelas da população II, que

descrevem uma órbita em torno do centro de massa Galáctica

Palomar 2, um aglomerado globular do halo

galáctico, fotografado pelo Telescópio Espacial

Hubble.

Campo Magnético Galáctico

- A Via Láctea possui um campo magnético

- Usamos a polarização da radiação, tanto óticaquanto a de rádio, refletida pelos grãos depoeira que se alinham com o CampoMagnético Galáctico, para determiná-lo

Campo Magnético Galáctico

- Apesar de fraco, o campo magnético galáctico provavelmente teve um papel importante na formação e naevolução da Via Láctea

- No Disco, o campo segue os Braços Espirais, e é da ordem de 0.4 nT (nanotesla), chegando a 1 μT perto do CentroGaláctico. Para comparação, o campo magnético da Terra é ~50 μT na superfície e um ímã de geladeira comumtem 0,05 T

Curva de Rotação da Via Láctea

- As estrelas da Via Láctea, como o Sol, semovimentam em órbitas circulares em tornodo Centro Galáctico, junto com o gás

- A velocidade de rotação de uma estrela nadistância r do Centro depende da massa daGaláxia contida no espaço no interior da suaórbita

- No caso que toda a massa está concentradano centro, como no Sistema Solar, M(r) = M☉ =const.

Curva de Rotação da Via Láctea

- Porém, estudando a rotação da Galáxia, observa-se que o perfil de rotação cai menos rapidamentecom r aumentando, do que sugerido pelos componentes observados da Galáxia, com estrelas, gásinterestelar etc

- Isso nos leva a pensar que deva existir uma componente extra, invisível na Via Láctea. Essacomponente é chamada de Halo de Matéria Escura

Curva de rotação da Galáxia

À esquerda: Como os cientistas

previram que as “bordas” das galáxias

deveriam ser. À direita: Como os

cientistas agora acham que essas

“bordas” devem ser, girando mais

rápido do que o previsto anteriormente,

indicando que as “bordas” na verdade

não são bordas, mas massa extra

oculta — matéria escura.https://gizmodo.uol.com.br/o-que-e-materia-escura-e-por-que-ninguem-a-encontrou-

ainda/

Halo de Matéria Escura

- Circundando a galáxia, constatou-se a presença

de um halo que se estende para muito além do

disco, composto de matéria escura, cuja

natureza é desconhecida

- A matéria escura compreende cerca de noventa

por cento da massa total da galáxia

Matéria Escura

- É uma forma postulada de matéria não visível, que só pode ser detectada de forma indireta, pela

força gravitacional que exerce

- Corresponde de 5 a 6 vezes a massa da matéria comum

- Não emite nenhuma luz, por isso chamada de “escura”. Enquanto todas as observações de corpos

no espaço são feitas a partir da luz ou de outro tipo de radiação eletromagnética emitida ou refletida

pelos astros, a matéria escura não faz nenhuma dessas coisas, sendo assim “invisível”

Matéria Escura

Espectro eletromagnético. Não há indícios de interação da Matéria Escura com a radiação

eletromagnética

Matéria Escura

- Para tentar identificar e entender a Matéria Escura, alguns modelos foram considerados. Dentre

eles, encontramos duas possibilidades: os MACHOs e os WIMPs

- MACHOs (do inglês, massive compact halo object): São objetos constituídos de matéria comum,

compactos e que emitem pouca ou quase nada de luz. Podemos citar:

● Anãs marrons

● “Jupiters”

● Estrelas comuns, mas de baixo brilho

● Anãs brancas

● Estrelas de Nêutrons

- WIMPs (do inglês, Weakly Interacting Massive Particles): São partículas de interação muito fraca. O

motivo para aceitar estas partículas, também chamadas de WIMP's, como candidatas fundamentam-

se na estimativa da superabundância de elementos leves, apontados pela Teoria do Big Bang. Sua

interação com a matéria seria somente através da força fraca e da gravidade

Como detectar MACHOs?

- Uma das técnicas utilizadas para detectar

MACHOs, é a chamada Microlentes, explicada

pela relatividade geral, e que consiste no

encurvamento dos raios de luz à passagem

na proximidade de um MACHO

- A partir da curva de luz da estrela é possível

determinar a massa do MACHO

Como detectar MACHOs?

- O indício de que um MACHO está passando

em frente a uma estrela de fundo é o pico na

intensidade luminosa da estrela

- O pico é bastante visível e pode ser

observado por telescópios. É possível

também plotar um gráfico mostrando o

quanto a intensidade luminosa aumenta em

um determinado intervalo de tempo

Projeto MACHO

- Foram observadas 12 milhões de estrelas na Grande Nuvem de Magalhães entre 1992 e 1998 comum telescópio no observatório Mt. Stromlo na Austrália

- Detectaram o que seria uma estimativa do número total de MACHOs na Via Láctea

- Determinando as massas desses MACHOs, consegue-se estimar a massa total de MACHOs emnossa Galáxia

Projeto MACHO

- O Projeto e outros similares detectaram vários MACHOs, logo, sabemos que eles existem. Porém,não chegam nem perto do número/massa suficiente para explicar a Matéria Escura na Via Láctea.Eles compõem menos de 1% do número suficiente

- Desse modo, a Matéria Escura deve ser na maioria de WIMPs, que são partículas elementares aindanão detectadas

Centro Galáctico

- A parte mais difícil de observar da Via Láctea é o seu Centro, que está escondido atrás de poeira.Assim, algumas observações são feitas no infravermelho

- Indo mais para o interior, entre os 2 pc centrais, a densidade parece aumentar rapidamente

- Nesta região, as estrelas orbitam um centro de massa, tão rapidamente que é possível observar omovimento

Imagem de estrelas próximas do

centro da Galáxia, observadas

desde 1992

Centro Galáctico

Centro Galáctico

- A estrela mais próxima do Centro Galáctico éa S2. Ela orbita Sgr A* Galáctico em apenas15.2 anos, chegando a 120 UA do Centro,uma órbita só 4 vezes a de Plutão em tornodo Sol!

- Nos 120 UA internos da Galáxia se concentrauma massa de 3,7 milhões MSol, que pode sercalculada a partir da velocidade orbital da S2

Infravermelho, onde vemos centenas

de estrelas próximas de Sagitário A*

Centro Galáctico

- Existe uma fonte misteriosa de radiação

infravermelha nessa região, chamada IRS 16,

que aparentemente é composta de poucas

estrelas de alta massa, mas que não explica

os 3,7 milhões MSol na região

O que poderia ser, então, essa

concentração de massa?

- Observações no rádio mostraram que existe

um disco nuclear de gás neutro de alguns 100

pc a 1 kpc do Centro, um pouco inclinado

com respeito ao Disco Galáctico. De lá saem

filamentos de ~20 pc seguindo o Campo

Magnético Galáctico. Estes indicam um fluxo

de material deixando a região central

Centro da Galáxia visto no rádio

Centro Galáctico

- Um “zoom” na região central deste discorevela a fonte rádio Sagitário A, que pode serestudada com uma resolução de 2 UA,empregando interferometria*

- Lá se encontra um disco molecular de 2 pc a8 pc do Centro, mais de 20 vezes mais quentee 150 vezes mais denso que nuvensmoleculares no Disco

- A única explicação que conhecemos para umobjeto tão denso e escuro é um Buraco NegroSupermassivo, que são BNs formados porimensas nuvens de gás ou por aglomeradosde milhões de estrelas (Ver mais na aula“Objetos compactos: Buracos Negros”).

*https://www.youtube.com/watch?v=bv2ataBdQ78

The Black Hole in the Milky Way.Image Credit: NASA, JPL-Caltech, NuSTAR project

Centro Galáctico

Vizinhança da Via Láctea

- A Via Láctea não está sozinha. Embora a distância que separa as galáxias seja imensa, seus diâmetros são igualmente grandes

- Em comparação com a distância entre as estrelas, as galáxias ficam relativamente perto uma das outras. O que gera interação e, em alguns casos, colisão entre elas

- Quando as galáxias colidem, elas na verdade se atravessam, as estrelas não se chocam,devido às imensas distâncias interestelares. Mas as colisões tendem a distorcer a forma deuma galáxia

Choque Via Láctea e Andrômeda

- Andrômeda é a nossa vizinha galáctica. As duas galáxias estão se aproximando devido àgravidade que exercem uma sobre a outra. Acredita-se que elas começarão a se fundirdentro de 4 bilhões de anos. E dentro de outros 2 bilhões de anos elas deverão ser umaúnica entidade

- As duas galáxias estão separadas por uma distância de 2,5 milhões de anos-luz, mas estãoconvergindo a uma velocidade de aproximadamente 400 mil km/h

- As estrelas individualmente não irão colidir, mas o abalo gravitacional deverá mudar alocalização do Sistema Solar. Nosso sistema provavelmente deverá sobreviver a essa fusão,sendo incorporado na nova galáxia elíptica gigante

Choque Via Láctea e Andrômeda

- É provável que a fusão provoque uma vigorosa fase de formação de novas estrelas e que nuvens de gás serão abaladas e passem a colidir umas com as outras

Simulação da colisão entre as duas galáxias

Resumo Via Láctea

Impressão artística da estrutura da galáxia, baseada nas mais recentes

avanços no mapeamento galáctico

Tabela com informações gerais sobre a Galáxia

Referências bibliográficas

- “O céu que nos envolve”. Disponível em http://www.astro.iag.usp.br/OCeuQueNosEnvolve.pdf

- Aula “Via Láctea” ofertada em 2019 no curso de Astronomia da UFABC. Disponível em

https://astronomiaufabc.wordpress.com/2019/08/26/slides-da-aula-do-dia-24-08-via-lactea/

- Nossa Galaxia: a Via Lactea. Disponível em http://astro.if.ufrgs.br/vialac/vialac.htm

- Galáxias - Via Láctea. Disponível em http://www.astro.iag.usp.br/~aga210/pdf/roteiro19_ViaLactea.pdf

- Noções de astronomia e cosmologia. Aula 10. A Via Láctea. Prof Pieter Westera. Disponível em

http://professor.ufabc.edu.br/~pieter.westera/AstroAula10.pdf

- Via Láctea. Disponível em https://pt.wikipedia.org/wiki/Via_L%C3%A1ctea

- CANDIDATOS À MATÉRIA ESCURA NO UNIVERSO: MACHOs E WIMPs. Disponível em

http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/xmlui/bitstream/handle/riufcg/2773/ELIZANGELA+ANAZILDA+DO+NASCIMEN

TO-DISSERTA%C3%87%C3%83O-PPGF+2018.pdf?sequence=1