A VIA LÁCTEA

História

• Sec. XVII – Galileu: descobriu que a Via-Láctea consistia de uma coleção de estrelas.

• Sec. XVIII/XIX – W. Herschel: mapeou a Via-Láctea e descobriu tratar-se de um sistema achatado.

•1920’s – H. Shapley: estudando a distribuição dos aglomerados globulares determinou o verdadeiro tamanho da Via-Láctea e a posição periférica do Sol.

Variáveis Cefeidas

• Variáveis com relação conhecida entre período e luminosidade.

Uma vez medida a luminosidade aparente de uma Cefeida, podemos determinar sua luminosidade intrínseca, que nos permitirá, por sua vez, determinar sua distância pela fórmula

m – M = 5 – 5 log r.

Galáxia: coleção de matéria estelar e interestelar isolada no espaço e mantida unida por sua própria gravidade.

Componentes da Via-Láctea

• Estrelas, anãs-brancas, anãs-marrons

• Estrelas de nêutrons, buracos negros

• Nebulosas planetárias, remanescentes de supernovas

• Aglomerados abertos e fechados de estrelas

• Gás, poeira, nuvens, etc...

• As Galáxias são como ilhas no Universo.

 

Estrutura e Dinâmica da Galáxia

• A nossa Galáxia tem 3 componentes básicos:

Halo, Disco e o Bojo

• Composição química, idade e dinâmica diferentes.

Halo: estrelas avermelhadas, aglomerados globulares (fechados). Poucas nuvens de alta velocidade mas, virtualmente sem gás. Distribuição esférica, órbitas isotrópicas em torno do centro galáctico. Estrelas velhas (as mais velhas da Galáxia). É uma estrutura velha, remanescente de um dos primeiros estágios da formação da Galáxia.

Disco: estrelas azuladas, abundante em gás, nuvens moleculares, aglomerados abertos.

Distribuição aplainada, estrutura espiral. Estrelas jovens e velhas. Raio ~ 15 kpc, espessura ~ 400 pc.

Bojo: estrelas, alta densidade de gás e muita poeira, buraco negro supermassivo. Forte formação estelar: estrelas jovens e velhas.

Estrutura Espiral

• Sugerida a partir de observações de regiões HII em óptico e rádio.

• A Idade da Galáxia, ~ 10-15 x 109 anos

• Período de rotação = 250 x 106 anos

• Os braços espirais não podem conter sempre o mesmo material. Se assim fosse, a rotação diferencial do disco faria com que o padrão espiral enrolasse e a estrutura espiral desapareceria.

Teoria da onda de densidade

Perturbação de origem gravitacional de forma espiral propaga-se no disco galáctico, provocando ondas ou zonas de compressão ou rarefação do gás. Braços causados por padrão espiral que gira com metadeda velocidade de rotação galática. Matéria interestelar passa pela onda por ~ 107 anos.

Compressão forma estrelas. Estrelas massivas e regiões HII evoluíram. Estrelas menos massivas dispersam-se.

Rotação Galáctica e Matéria Escura

• A Galáxia não gira como corpo rígido.

• V(R) obtida a partir de observações de HI (21 cm)

Em R!= 8.5 kpc => V(R!) = 220 km/s uma volta completada em torno do CG a cada 250 milhões de anos.

• 3ra. Lei de Kepler:

v orbital ∝ √M/r

M = Massa dentro da órbita

r = Ráio da órbita

V(R) ~ cte. ou cresce p/ R > 10 kpc.

Matéria Luminosa ~ 2 x 1011 

Msol

M ~ 6 x 1011 Msol

• A massa da Galáxia pode ser 10x maior que o estimado acima ocorre também com outras galáxias: matéria escura!

Natureza da Matéria Escura

 

• Produtos finais da evolução estelar:

Anãs Brancas

Estrelas de Neutrons

Buracos Negros

Massive Compact Halo Objects (MACHOs)

• “Júpiters”

• Experimentos (em andamento) indicam que estes componentes não constituem toda a matéria escura.

• Outras possibilidades:

• Partículas elementares massivas

• Neutrinos com massa,…

 

Curva de Rotação

 

Observando o movimento de rotação de uma estrela na periferia da Galáxia, podemos determinar ~ a massa da Galáxia, MG, desde que saibamos a distância, r, dessa estrela ao centro galáctico.

Caso a) Sol

Supondo que o Sol esteja em órbita circular em torno do centro galáctico com velocidade v¤.A força centrípeta do Sol é:

Fc = M¤ v¤ 2/ r¤

que é produzida pela atração gravitacional entre o Sol e a Galáxia, dada por:

FG = G M¤ MG/ r¤ 2

Igualando as expressões e isolando MG, temos:

MG = v¤ 2 r¤/G

MG = v¤ 2 r¤/G

Dados:

v¤ = 220 km/s = 2,20 x 105 m/s

r¤ = 8500 pc = 2,6x1020 m (1pc = 3,086 x 1016 m)

G = 6,7 x 10-11 N . m2/kg2 (1N = 1kg . m/s2)

1M¤ = 1,99 x 1030 kg

MG = (2,2x105 m/s)2 x (2,6x1020 m) = 1,9 x 1041 kg

6,7x10-11 m3/(kg s2)

MG ~ 1011 M¤

Considerando o Sol como uma estrela típica a Via Láctea teria 100 bilhões de estrelas. Este é um limite inferior pois consideramos apenas a massa interna à orbita do Sol.

Caso b) distância ao centro galáctico 15 kpc e velocidade de rotação de 240 km/s (limite visível da Galáxia).

MG = v2 r/G

Dados:

v = 240 km/s

r = 15000 pc

Caso c) distância ao centro galáctico 40 kpc e velocidade de rotação de 260 km/s.

 

MG = v2 r/G

Dados:

v = 260 km/s

r = 40000 pc

Utilizando a curva de rotação da Galáxia estimamos a massa da Via Láctea em 3 distâncias do centro galáctico.

A velocidade de rotação, em r = 40 kpc, à MG @ 6 x 1011 M¤. A conclusão é então que a maior parte da massa da Galáxia não está associada à parte luminosa central e sim à sua parte periférica. Esta foi a primeira indicação de um problema muito maior chamado de matéria escura (que não emite luz).

Esta matéria não é detectada em nenhum l. Só sabemos da sua existência pela força

gravitacional que exerce. Conhecer a natureza da matéria escura é um dos objetivos mais importantes da Astronomia moderna.