18.1: Medindo massas estelares
- Page ID
- 183207
Objetivos de
Ao final desta seção, você poderá:
- Explique por que as estrelas visíveis a olho nu não são típicas
- Descreva a distribuição das massas estelares encontradas próximas ao Sol
Antes de podermos fazer nossa própria pesquisa, precisamos chegar a um acordo sobre uma unidade de distância apropriada para os objetos que estamos estudando. As estrelas estão todas tão distantes que quilômetros (e até unidades astronômicas) seriam muito difíceis de usar; então, conforme discutido em Ciência e o Universo: Um Breve Passeio, os astrônomos usam um “medidor” muito maior chamado ano-luz. Um ano-luz é a distância que a luz (o sinal mais rápido que conhecemos) percorre em 1 ano. Como a luz cobre impressionantes 300.000 quilômetros por segundo e como há muitos segundos em 1 ano, um ano-luz é uma quantidade muito grande: 9,5 trilhões (9,5 × 1012) quilômetros, para ser exato. (Lembre-se de que o ano-luz é uma unidade de distância, embora o termo ano apareça nela.) Se você dirigisse no limite de velocidade legal dos EUA sem parar para comer ou descansar, não chegaria ao final de um ano-luz no espaço até que cerca de 12 milhões de anos tivessem passado. E a estrela mais próxima está a mais de 4 anos-luz de distância.
Observe que ainda não falamos muito sobre como essas enormes distâncias podem ser medidas. Essa é uma pergunta complicada, à qual retornaremos em Distâncias Celestiais. Por enquanto, vamos supor que as distâncias foram medidas para estrelas em nossa vizinhança cósmica para que possamos prosseguir com nosso censo.
Pequeno é bonito — ou pelo menos mais comum
Quando fazemos um censo de pessoas nos Estados Unidos, contamos os habitantes por bairro. Podemos tentar a mesma abordagem para nosso censo estelar e começar com nossa própria vizinhança imediata. Como veremos, nos deparamos com dois problemas — assim como fazemos com um censo de seres humanos. Primeiro, é difícil ter certeza de que contamos todos os habitantes; segundo, nosso bairro local pode não conter todos os tipos possíveis de pessoas.
A tabela\(\PageIndex{1}\) mostra uma estimativa do número de estrelas de cada tipo espectral 1 em nossa própria vizinhança local - dentro de 21 anos-luz do Sol. (A Via Láctea, na qual vivemos, tem cerca de 100.000 anos-luz de diâmetro, então esse número realmente se aplica a uma vizinhança muito local, que contém uma pequena fração de todos os bilhões de estrelas na Via Láctea.) Você pode ver que há muito mais estrelas de baixa luminosidade (e, portanto, de baixa massa) do que estrelas de alta luminosidade. Apenas três das estrelas em nossa vizinhança local (uma do tipo F e duas do tipo A) são significativamente mais luminosas e mais massivas que o Sol. Esse é realmente um caso em que o pequeno triunfa sobre o grande, pelo menos em termos de números. O Sol é mais massivo do que a grande maioria das estrelas em nossa vizinhança.
| Tipo espectral | Número de estrelas |
|---|---|
| UMA | 2 |
| F | 1 |
| G | 7 |
| K | 17 |
| M | 94 |
| Anãs brancas | 8 |
| Anãs marrons | 33 |
Essa tabela é baseada em dados publicados até 2015, e é provável que mais objetos tênues ainda não tenham sido descobertos (veja a Figura\(\PageIndex{1}\)). Junto com as anãs marrons L e T já observadas em nossa vizinhança, os astrônomos esperam encontrar talvez centenas de anãs T adicionais. É provável que muitos deles sejam ainda mais frios do que a anã T mais legal conhecida atualmente. A razão pela qual as anãs de menor massa são tão difíceis de encontrar é que elas emitem muito pouca luz — dez mil a um milhão de vezes menos luz do que o Sol. Só recentemente nossa tecnologia progrediu até o ponto de podermos detectar esses objetos escuros e frios.
Para colocar tudo isso em perspectiva, notamos que, embora as estrelas contadas na tabela sejam nossas vizinhas mais próximas, você não pode simplesmente olhar para o céu noturno e vê-las sem um telescópio; estrelas mais fracas que o Sol não podem ser vistas a olho nu, a menos que estejam muito próximas. Por exemplo, estrelas com luminosidades variando de 1/100 a 1/10.000 da luminosidade do Sol (L Sol) são muito comuns, mas uma estrela com uma luminosidade de 1/100 L do Sol teria que estar dentro de 5 anos-luz para ser visível a olho nu - e apenas três estrelas (todas em um sistema) estão tão perto de nós. A mais próxima dessas três estrelas, Proxima Centauri, ainda não pode ser vista sem um telescópio porque tem uma luminosidade muito baixa.
Atualmente, os astrônomos estão trabalhando duro para concluir o censo de nossa vizinhança local, encontrando nossos vizinhos mais fracos. Descobertas recentes de estrelas próximas se basearam fortemente em telescópios infravermelhos que são capazes de encontrar essas muitas estrelas frias e de baixa massa. Você deve esperar que o número de estrelas conhecidas dentro de 26 anos-luz do Sol continue aumentando à medida que mais e melhores pesquisas forem realizadas.
Brilhante não significa necessariamente fechar
Se limitarmos nosso censo ao bairro local, perderemos muitos dos tipos mais interessantes de estrelas. Afinal, o bairro em que você mora não contém todos os tipos de pessoas — diferenciadas de acordo com idade, educação, renda, raça e assim por diante — que vivem em todo o país. Por exemplo, algumas pessoas vivem até os 100 anos de idade, mas pode não existir tal indivíduo a vários quilômetros de onde você mora. Para obter uma amostra de toda a população humana, você teria que estender seu censo para uma área muito maior. Da mesma forma, alguns tipos de estrelas simplesmente não são encontrados nas proximidades.
Uma pista de que está faltando algo em nosso censo estelar vem do fato de que apenas seis das 20 estrelas que parecem mais brilhantes em nosso céu — Sirius, Vega, Altair, Alpha Centauri, Fomalhaut e Procyon — são encontradas a 26 anos-luz do Sol (Figura\(\PageIndex{2}\)). Por que estamos perdendo a maioria das estrelas mais brilhantes quando fazemos nosso censo da vizinhança local?
A resposta, curiosamente, é que as estrelas que parecem mais brilhantes não são as mais próximas de nós. As estrelas mais brilhantes têm a mesma aparência que têm porque emitem uma quantidade muito grande de energia — tanta, na verdade, que não precisam estar por perto para parecerem brilhantes. Você pode confirmar isso examinando o Apêndice J, que fornece distâncias para as 20 estrelas que parecem mais brilhantes da Terra. A mais distante dessas estrelas está a mais de 1000 anos-luz de nós. Na verdade, acontece que a maioria das estrelas visíveis sem um telescópio estão a centenas de anos-luz de distância e muitas vezes mais luminosas que o Sol. Entre as 9000 estrelas visíveis a olho nu, apenas cerca de 50 são intrinsecamente mais fracas que o Sol. Observe também que várias das estrelas no Apêndice J são do tipo espectral B, um tipo que está completamente ausente da Tabela\(\PageIndex{1}\).
A mais luminosa das estrelas brilhantes listadas no Apêndice J emite mais de 50.000 vezes mais energia do que o Sol. Essas estrelas altamente luminosas estão ausentes da vizinhança solar porque são muito raras. Nenhum deles está no pequeno volume de espaço imediatamente ao redor do Sol, e somente esse pequeno volume foi pesquisado para obter os dados mostrados na Tabela\(\PageIndex{1}\).
Por exemplo, vamos considerar as estrelas mais luminosas — aquelas 100 ou mais vezes mais luminosas que o Sol. Embora essas estrelas sejam raras, elas são visíveis a olho nu, mesmo quando estão a centenas a milhares de anos-luz de distância. Uma estrela com uma luminosidade 10.000 vezes maior que a do Sol pode ser vista sem um telescópio a uma distância de 5000 anos-luz. O volume de espaço incluído a uma distância de 5000 anos-luz, no entanto, é enorme; portanto, embora estrelas altamente luminosas sejam intrinsecamente raras, muitas delas são facilmente visíveis a olho nu.
O contraste entre essas duas amostras de estrelas, aquelas que estão próximas de nós e aquelas que podem ser vistas a olho nu, é um exemplo de efeito de seleção. Quando uma população de objetos (estrelas neste exemplo) inclui uma grande variedade de tipos diferentes, devemos ter cuidado com as conclusões que extraímos de um exame de qualquer subgrupo específico. Certamente nos enganaríamos se assumíssemos que as estrelas visíveis a olho nu são características da população estelar geral; esse subgrupo é muito pesado em relação às estrelas mais luminosas. É preciso muito mais esforço para montar um conjunto de dados completo para as estrelas mais próximas, já que a maioria é tão fraca que só pode ser observada com um telescópio. No entanto, é somente fazendo isso que os astrônomos são capazes de conhecer as propriedades da grande maioria das estrelas, que na verdade são muito menores e mais fracas que o nosso próprio Sol. Na próxima seção, veremos como medimos algumas dessas propriedades.
Conceitos principais e resumo
Para entender as propriedades das estrelas, devemos fazer pesquisas abrangentes. Descobrimos que as estrelas que parecem mais brilhantes aos nossos olhos são brilhantes principalmente porque são intrinsecamente muito luminosas, não porque são as mais próximas de nós. A maioria das estrelas mais próximas são intrinsecamente tão ténues que só podem ser vistas com a ajuda de um telescópio. Estrelas com baixa massa e baixa luminosidade são muito mais comuns do que estrelas com alta massa e alta luminosidade. A maioria das anãs marrons do bairro local ainda não foi descoberta.
Notas de pé
1 Os tipos espectrais de estrelas foram definidos e discutidos em Analisando a luz das estrelas.
Glossário
- efeito de seleção
- a seleção de dados amostrais de forma não aleatória, fazendo com que os dados da amostra não sejam representativos de todo o conjunto de dados