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 umimportante componente apelidado de matéria escura.

Arp 274 é um conjunto de três galáxias. Na imagem parece que elas vão se chocar, mas elas estão separadaspor distâncias gigantescas. [Hubble, NASA]

A palavra “galáxia” deriva do grego ‘’galaxias’’ (γαλαξίας), literalmente "leitoso", numareferência à nossa galáxia, a Via Láctea. Exemplos de galáxias variam desde as anãs, com até10 milhões (107) de estrelas, até gigantes com 100 trilhões (1014) de estrelas, todas orbitando ocentro de massa da galáxia.

A galáxia da Via Láctea (Milky way) possui uma massa de 10^12 massas solares e um diâmetro da ordemde 100 mil anos-luz e estima-se que possua mais de 400 bilhões de estrelas. Alguns números apontampara 200 bilhões. A parte mais brilhante da Galáxia fica na direção da constelação de Sagitário, sendomelhor observável no Hemisfério Sul durante as noites de inverno, pois é nesse momento que se podecontemplar a porção central da galáxia.

Os gregos cunharam o termo "galaxies kuklos", ou "círculo leitoso", como forma dedescrever a Via Láctea. Ela era uma tênue faixa de luz, mas não se fazia ideia do que ela eracomposta.

Quando Galileu estudou a Via Láctea com o primeirotelescópio, determinou que ela era composta de numerosasestrelas. [ in “O Mensageiro das Estrelas”, 1610].

No final do século XVIII, o astrônomo alemão WilliamHerschel (1738-1822), que já era famoso por ter descobertoo planeta Urano, mapeou a Via Láctea e descobriu tratar-sede um sistema achatado. Segundo seu modelo, o Solocupava uma posição central na galáxia, mas hoje sabemosque essa conclusão estava errada.

História do descobrimento da Via Láctea

Mapa da Via Láctea de William Herschel

Em 1755, o filósofo prussiano Immanuel Kant já tinha previsto a natureza da Via Láctea e aexistência de outras galáxias: Ele deduziu corretamente que a Via Láctea é um grandedisco de estrelas, que ele teorizou ter se formado de uma (muito maior) nuvem de gásgirando. Ele também sugeriu a possibilidade que outras nebulosas também sejam discosde estrelas de tamanho similar.

A primeira estimativa do tamanho da Via Láctea foi feita no início do século XX, peloastrônomo holandês Jacobus Kapteyn (1851-1922).

Em 1922, ele fez suposições mais realistas quanto às magnitudes absolutas e chegou nummodelo da Via Láctea similar ao de Herschel, um esferóide achatado com densidade deestrelas diminuindo de acordo com a distância ao centro.

História do descobrimento da Via Láctea

O Universo de Kapteyn, as elipses são “superfícies de densidade estelar constante”.

Harlow Shapley (1885-1972), estudando a distribuição de sistemas esféricos deestrelas chamados aglomerados globulares, determinou o verdadeiro tamanho daVia Láctea e a posição periférica do Sol nela.

Shapley descobriu que os cúmulos globulares (150 deles), que formam um halo emvolta na nossa galáxia, estavam concentrados em uma direção; nenhum deles eravisto na direção oposta.

História do descobrimento da Via Láctea

Ele concluiu que o Sol não está no centro de nossa galáxia. Assumindo que ocentro do halo formado pelos cúmulos globulares coincide com o centro denossa galáxia, ele deduziu que estamos a 30 mil anos-luz do centro da ViaLáctea, que está na direção da constelação do Sagitário.

Este valor está superestimado, pois estamos a cerca de 23 000 anos-luz.

História do descobrimento da Via Láctea

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 tinhamestruturas 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 aTerra, 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.

As galáxias espirais são brilhantes e têm um pronunciado formato de disco, com gasesquentes, poeira e estrelas brilhantes exibidos em seus braços espirais.

Como as galáxias espirais são brilhantes, respondem pela maioria das galáxias visíveis, masacredita-se que representem apenas 20% do total de galáxias do universo.

A Via Láctea é uma galáxia espiral de grande porte.

Galáxias espirais

Messier 81.

As galáxias espirais são subdivididas emalgumas categorias.

Espiral normal: forma de disco evidente,com centros brilhantes e braços espiraisbem definidos. As galáxias Sa têm grandesbojos nucleares e braços espirais bemcurvados; e as Sc têm pequenos bojos ebraços espirais curvados apenasligeiramente.

Espiral barrada: um formato de discoevidente, com centro brilhante e alongadoe braços espirais bem definidos. As galáxiasSBa têm grandes bojos nucleares e braçosde espiral bem curvados; e as SBc têmpequenos aglomerados bojos e braçosligeiramente 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.

Disco Galáctico: a maioria das 200bilhões de estrelas da Via Láctea selocaliza nele. O disco se divide nasseguintes partes:

Núcleo: o centro do disco.Bojo: a área em torno do núcleo,incluindo as regiões imediatamenteacima e abaixo do plano do disco.Braços espirais: estendem-se docentro para fora. Nosso sistema solarfica localizado em um dos braços deespiral da Via Láctea.

Halo: uma região vasta e poucoiluminada que cerca toda a galáxia.Ela é composta de gases quentes epossivelmente de matéria escura.

Morfologia da Via Láctea

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%

Quais tipos de estrelas existem em cada parte da Via Láctea?

Walter Baade (1893-1960), contemporâneo de Edwin Hubble no observatório de MountWilson, estudando a galáxia Andrômeda, notou que podia distinguir claramente as estrelas azuisnos braços espirais da galáxia, e propôs o termo População I para estas estrelas dos braços, ePopulação II para as estrelas vermelhas visíveis no núcleo da galáxia.

Atualmente, utilizamos essa nomenclatura mesmo para estrelas da nossa Galáxia e sabemos queas 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 de2%, enquanto que a População II corresponde a estrelas velhas, com cerca de 10 bilhões deanos, e pobres em metais, isto é, com menos de 1% em metais.

Populações estelares

o Com o tempo, o meiointerestelar é enriquecido deelementos pesados porestrelas que “morreram”(nebulosas planetárias,supernovas).

o Deste meio enriquecido asnovas estrelas se formam.

o Novas gerações de estrelassão mais ricas em “metais“que as anteriores.

Aglomerados abertos

Aglomerados

globulares

Relação idade-metalicidade

Aglomerados abertos Aglomerados globulares(~2000) na maioria no disco (~160) na maioria no halo

O disco é a parte mais visível da galáxia, e é nesta estrutura sobre a qual repousam os braços da ViaLáctea; sua espessura equivale a 1/5 de seu diâmetro.

Constituído pela população mais jovem de estrelas (chamada de população 1) de cor azulada, pornuvens de poeira, gás e por aglomerados estelares.

As estrelas do disco, têm um movimento de translação em volta do núcleo. Todas as estrelas queobservamos no céu noturno, estão localizadas no disco galáctico.

O Disco Galáctico

~7 kpc

O bojo tem sua forma é esférica e é constituído principalmente por estrelas do tipopopulação 2 (estrelas velhas). Esta região da galáxia é rica em elementospesados pesados. Também estão presentes aglomerados globulares.

Bojo

O bojo visto no

infravermelho pelo COBE

o A parte mais difícil de observar da Via Láctea é o Centro, escondendo-se atrás de poeiravalendo ~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*)) tãorapidamente que dá pra observar o movimento.

• A estrela mais próxima do Centro Galáctico, S2, orbita Sgr A* em apenas 15.2 anos, chegandoa 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

Núcleo (ou Centro) Galáctico

Braço de Perseu

Braço de Norma

Braço de Centauro (Cruz-Scutum)

Carina-Sagittarius Braço de Órion

Braços EspiraisAté 1953 não se conhecia a existência de braços espirais na Via Láctea, pois a visualização dadas espirais era ocultada pela poeira interestelar e dificultada por ser feita do interior daprópria galáxia.

Até 2008 acreditava-se que possuía 4 braços, mas imagens reveladas pelo telescópio Spitzerrevelaram que ela pode não ser exatamente assim.

Robert Benjamin da Universidade de Wisconsin-Whitewater sugeriu que a Via Láctea possuiapenas dois braços estelares principais: o braço Perseu e o braço Scutum-Centaurus.

Os demais braços foram reclassificados como braços menores ou ramificações

Braços Espirais

O halo tem uma forma esférica e é constituída por partículas ultraexcitadas a alta temperatura, anãsvermelhas, anãs brancas e por aglomerados globulares, que estão em órbita em torno do centro demassa galáctica.

O halo não é observável opticamente. As estrelas que formam os aglomerados globulares (de formaesférica) 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, seuscomponentes e seus limites no espaço intergaláctico são desconhecidos até o início do século XXI, emuitas das afirmações acerca do halo são especulações científicas.

Halo

As galáxias não agem sozinhas. A distância que as separa parece imensa, mas os diâmetrosdas galáxias são igualmente grandes. Comparadas às estrelas, as galáxias ficam relativamenteperto 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 queelas contêm não se chocam, devido às imensas distâncias interestelares. Mas as colisõestendem a distorcer a forma de uma galáxia.

Evolução das galáxias – Via Láctea

Colisão entre a NGC 4038 e a NGC 4039.

As galáxias não se distribuem aleatoriamente pelo universo - tendem a existir em aglomeradosgalácticos. As galáxias nesses aglomerados se mantêm unidas pela gravitação e influenciamumas 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 ocentro 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 umaaparência binária. A massa total do grupo é estimado em 1,29 × 1012 massas solares. O própriogrupo 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.

Distribuição das galáxias próximas à Via Láctea

“Nossa galáxia, a Via Láctea, é apenas uma dentre bilhões de outras, sendo sua posiçãoperfeitamente 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 umaposição especial no Universo. O que temos de especial é a habilidade de nos maravilharmoscom 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/