CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DAS
ESTRELAS
Dentre as muitas características que uma estrela
apresenta, algumas se destacam. Listemos algumas dessas características:
Distância
entre a Terra e a estrela (não é intrínseco da estrela mas afeta a obtenção
de outras de suas características)
Temperatura
superficial da estrela
Composição
química da estrela
Brilho da
estrela
Massa da
estrela (ela pode ser obtida por meio das leis de Kepler e de Newton a
partir de observações de estrelas pertencentes a sistema binários; suas
conclusões podem ser estendidas para outras estrelas a partir de uma relação
massa&luminosidade.
Classificação
espectral
Classificação segundo suas luminosidades
Distância até as estrelas
Sejam
T’ e T” duas posições da Terra, separadas por 6 meses, em sua órbita em
redor do Sol. Seja E uma estrela que, quando comparada às demais, se encontre
bem mais próxima da Terra. Procuremos determinar a distância r dessa estrela
até o Sol.
Por
causa da mudança de posição do observador (preso à Terra) ocorre o efeito de
paralaxe, ou seja, mudança na posição relativa da estrela em relação ao
fundo de estrelas mais distantes.
Duas
fotografias da mesma região do céu em torno da estrela E mostrarão que a posição
de E variou com relação às demais estrelas. Seja x=E’E”.
Se
se conhecer a distância D entre o foco F da luneta com a qual a foto foi
tirada, e a posição da chapa fotográfica, podemos escrever a relação
tan 2p = x/D
Conhecido
o valor de p, podemos determinar a distância r do Sol à estrela aplicando
tan p = d/r
Como
o valor de p é sempre muito pequeno (na prática nunca ultrapassa 0,76”)
podemos escrever que
p = d/r
(com p em radianos)
Lembrando
que pi
rad correspondem a 180°, ou seja (180*60*60)“, então
p” = 206265d/r
Se
adotarmos como unidade fundamental de distância a Unidade Astronômica (que é
a distância média da Terra ao Sol) então d=1 e a expressão anterior se
torna:
p” = 206265/r (r em UA)
1 parsec = 206265 UA
Se
passarmos a medir o r em parsec, então podemos reescrever a expressão anterior
como:
p” = 1/r (com
r em parsec)
Uma
outra unidade usada para distâncias estelares é o Ano-luz. Define-se ano-luz
como sendo a distância percorrida pela luz, no vácuo, durante 1 ano. Sendo c =
300.000
km/s, então:
1 ano-luz = 9,46´1015m = 9,46´1012km
= 63.233 UA
Dessa
forma, a relação entre ano-luz e parsec é:
1 parsec @ 3,262 anos-luz.
Brilho de uma estrela
Observando
as estrelas, Hiparcos conseguiu, através de comparações, classificá-las
segundo seu brilho em 6 categorias: as mais brilhantes receberam a denominação
de estrelas de primeira magnitude e as mais fracas visíveis a olho nu foram
classificadas como estrelas de sexta magnitude. As demais foram interpoladas
entre esses extremos.
Fr = P/A [W/m=2]
Magnitude aparente de uma
estrela
Medindo-se
os fluxos emitidos pelas estrelas classificadas por Hiparcos, pode-se chegar
à seguinte função matemática entre as duas grandezas:
m = cte -2,5 log Fr
A
constante cte é determinada para cada instrumento de modo que as magnitudes m
calculadas sejam próximas dos valores adotados por Hiparcos.
Se
aplicarmos essa fórmula para uma estrela de magnitude 1 e outra de magnitude 6
e subtrairmos membro a membro, obteremos que
F1/F6 = 100
ou
seja, uma estrela de magnitude 1 tem fluxo 100 vezes o fluxo de uma estrela de
magnitude 6. Ou, dito de outra forma, quando a magnitude aumenta de 5, o fluxo
aumenta 100 vezes.
LUMINOSIDADE ESTELAR
Define-se
luminosidade estelar L como sendo a potência total emitida pela estrela. Se
admitirmos que a estrela se encontra à distância r do Sol, então o fluxo Fr
que atravessa uma superfície esférica hipotética de raio r [em UA] pode ser
escrito como:
Fr = L/(4pr2)
onde 4 pi r2 representa a área da tal superfície esférica.
Assim,
a luminosidade da estrela pode ser calculada por:
L = Fr 4pi r2
Com
essa definição, a magnitude aparente pode ser obtida por:
m = cte - 2,5 log [ L/(4 pi r2) ]
MAGNITUDE ABSOLUTA
A
magnitude absoluta M de uma estrela é definida como sendo a magnitude aparente
que essa estrela teria se estivesse colocada a uma distância padrão. Essa distância
foi escolhida como sendo de 10 parsec. Assim, usando r=10, a magnitude absoluta
poderia ser escrita por:
M = cte - 2,5 log [ L/(4 pi102) ]
A
título de curiosidade, a magnitude absoluta do Sol é 4,84, motivo pelo qual
costuma-se dizer que o Sol é uma estrela de 5ª grandeza (procure evitar esse
termo! Use magnitude.)
MÓDULO DE DISTÂNCIA
O
quociente das duas últimas expressões fornecerá a expressão chamada módulo
de distância:
m - M = 5 log (r/10) [r em UA]
Temperatura de uma estrela
COMO IRRADIA UMA ESTRELA?
Imagine
que um telescópio é apontado para uma estrela para se medir o fluxo dela
proveniente. Mas, ao invés de deixar que a luz estelar incida diretamente no
fotômetro (instrumento dedicado a medir potência, ou energia, incidente nele)
intercalemos, na trajetória dos raios luminosos, um filtro, que permita a
passagem da luz apenas em uma dada cor (comprimento de onda). Meçamos o fluxo
nessa faixa de cor. Mudando o filtro por outros, atuantes em outras cores,
repitamos o procedimento de medição dos diferentes fluxos. Num gráfico,
representemos esses fluxos em função das cores.
Fl (T) = [ 2hc2 /
L5 ] /
[ e hc/(LkT) - 1 ]
onde:
L = comprimento de onda da radiação medida
T
= temperatura absoluta do corpo negro
h
= constante de Planck
c
= velocidade da luz no vácuo
k
= constante de Boltzmann
A
curva contínua no gráfico representa a função de Planck que melhor se adapta
aos pontos definidos pelos fluxos medidos.
TEMPERATURA EFETIVA DE UMA ESTRELA
Tendo-se
descoberto qual a temperatura do corpo negro que representa a função de Planck
que melhor se ajusta aos fluxos medidos, dizemos que a temperatura efetiva dessa
estrela é a temperatura do corpo negro que emite coma mesma potência que a
estrela em questão.
LEI DO DESLOCAMENTO DE WIEN
Verifica-se
que a forma da curva da função de Planck depende da temperatura do corpo
negro. Quanto maior for sua temperatura, tanto menor será o comprimento de onda
no qual o máximo da emissão ocorre.
Verifica-se
que o produto do comprimento de onda pela temperatura é uma constante. A
expressão matemática da lei do deslocamento de Wien pode ser escrita como:
l T = 0,290
[l em cm e T em Kelvin]
Isso
significa que, se de uma estrela pudermos determinar o comprimento de onda
correspondente aomáximo da emissão, podemos determinar sua temperatura através
da fórmula anterior.
Classificação de estrelas
CLASSIFICAÇÃO ESPECTRAL DAS ESTRELAS
Verifica-se
que o espectro de diferentes estrelas pode apresentar diferenças
significativas, mas no geral, verifica-se que os diversos espectros podem ser
classificados em alguns poucos tipos:
Tipos
espectrais e suas características gerais:
O - Poucas linhas na parte visível do espectro; predominam as linhas de hélio,
hidrogênio, silício, nitrogênio etc ionizados; aparecem as linhas de Balmer
do hidrogênio.
B - As mesmas linhas do tipo O mas, em lugar das linhas de hélio ionizado,
aparecem as do hélio neutro; e todas as demais num estado de ionização bem
inferior que em O; as linhas de Balmer se tornam muito intensas p’roximo à A.
A - As linhas de Balmer do hidrogênio predominam perto de B; aparecem linhas
de metais uma vez ionizados.
F - As linhas de Balmer começam a enfraquecer, mas ainda são
fortes;enfraquecem as linhas de metais ionizados, aumentando a intensidade de
linhas de metais neutros; o espectro começa a ficar complexo perto de G.
G - As linhas de cálcio ionizado e as do hidrogênio e potássio se tornam
bem intensas, enfraquecendo as linhas de Balmer; Muitas linhas de metais
ionizados e neutros.
K - As linhas mais intensas são as dos metais neutros; aparecem linhas do óxido
de titânio; as linhas de Balmer ainda são visíveis.
M - As linhas de óxido de titânio predominam no espectro; linhas de metais
neutros se tornam bem intensas.
(Uma
maneira de decorar a ordem da classificação é a frase:
Cada
tipo espectral, com exceção do O, pode ser subdividido em classes de 0 a 9:
05...09 B0 B1...B8.B9 A0...A9 F0...F9
G0...G9 K0...K9 M0...M9
DIAGRAMA DE HERTZPRUNG E RUSSELL
Utilizando
estrelas cujas distâncias podiam ser obtidas por meio da paralaxe trigonométrica,
Hertzprung e Russell colocaram num gráfico as relações que puderam encontrar
para essas estrelas. O diagrama a seguir representa esses dados:
Mais
tarde verificou-se que novas classificações podiam ser obtidas. O resumo está
no diagrama a seguir:
CLASSES DE LUMINOSIDADE
De
acordo com a luminosidade e o tipo espectral, as estrelas podem ser
classificadas em:
Ia - Supergigantes brilhantes
Ib - Supergigantes fracas
II - Gigantes brilhantes
III - Gigantes
IV - Subgigantes
V - Estrelas da Seqüência Principal
VI - Sub-anãs
VII - Anãs brancas