22.2: Aglomerados de estrelas

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Objetivos de

Ao final desta seção, você poderá:

Explique como os aglomerados estelares nos ajudam a entender os estágios da evolução estelar
Liste os diferentes tipos de aglomerados estelares e descreva como eles diferem em número de estrelas, estrutura e idade
Explique por que a composição química dos aglomerados globulares é diferente da dos aglomerados abertos

A descrição anterior da evolução estelar é baseada em cálculos. No entanto, nenhuma estrela completa sua vida útil na sequência principal ou sua evolução para uma gigante vermelha com rapidez suficiente para observarmos essas mudanças estruturais à medida que elas acontecem. Felizmente, a natureza nos forneceu uma forma indireta de testar nossos cálculos.

Em vez de observar a evolução de uma única estrela, podemos observar um grupo ou aglomerado de estrelas. Procuramos um grupo de estrelas muito próximas umas das outras no espaço, mantidas unidas pela gravidade, geralmente se movendo em torno de um centro comum. Então, é razoável supor que as estrelas individuais do grupo se formaram quase ao mesmo tempo, da mesma nuvem e com a mesma composição. Esperamos que essas estrelas sejam diferentes apenas em massa. E suas massas determinam a rapidez com que passam por cada estágio de suas vidas.

Como estrelas com massas mais altas evoluem mais rapidamente, podemos encontrar aglomerados nos quais estrelas massivas já completaram sua fase de evolução na sequência principal e se tornaram gigantes vermelhas, enquanto estrelas de menor massa no mesmo aglomerado ainda estão na sequência principal, ou mesmo - se o aglomerado for muito jovem - passando por pré- contração gravitacional da sequência principal. Podemos ver muitos estágios da evolução estelar entre os membros de um único cluster e podemos ver se nossos modelos podem explicar por que os diagramas H-R de clusters de diferentes idades têm a aparência que têm.

Os três tipos básicos de aglomerados que os astrônomos descobriram são aglomerados globulares, aglomerados abertos e associações estelares. Suas propriedades estão resumidas na Tabela\(\PageIndex{1}\). Como veremos na próxima seção deste capítulo, os aglomerados globulares contêm apenas estrelas muito antigas, enquanto os aglomerados abertos e associações contêm estrelas jovens.

Tabela\(\PageIndex{1}\): Características dos aglomerados estelares
Característica	Aglomerados globulares	Clusters abertos	Associações
Número na galáxia	150	Milhares	Milhares
Localização na galáxia	Auréola e protuberância central	Disco (e braços em espiral)	Braços espirais
Diâmetro (em anos-luz)	50—450	<30	100—500
Missa M Sun	10 ⁴ —10 ⁶	10 ² —10 ³	10 ² —10 ³
Número de estrelas	10 ⁴ —10 ⁶	50—1000	10 ² —10 ⁴
Cor das estrelas mais brilhantes	Vermelho	Vermelho ou azul	Azul
Luminosidade do cluster (L Sun)	10 ⁴ —10 ⁶	10 ² —10 ⁶	10 ⁴ —10 ⁷
idades típicas	Bilhões de anos	Algumas centenas de milhões de anos até, no caso de aglomerados invulgarmente grandes, mais de um bilhão de anos	Até cerca de 10 a ⁷ anos

Aglomerados globulares

Os aglomerados globulares receberam esse nome porque são sistemas redondos quase simétricos de, tipicamente, centenas de milhares de estrelas. O aglomerado globular mais massivo em nossa própria galáxia é o Omega Centauri, que está a cerca de 16.000 anos-luz de distância e contém vários milhões de estrelas (Figura\(\PageIndex{2}\)). Observe que as estrelas mais brilhantes desse aglomerado, que são gigantes vermelhas que já completaram a fase da sequência principal de sua evolução, são de cor vermelho-laranja. Essas estrelas têm temperaturas de superfície típicas em torno de 4000 K. Como veremos, os aglomerados globulares estão entre as partes mais antigas da nossa Via Láctea.

alt — Figura\(\PageIndex{1}\) Omega Centauri. (a) Localizado a cerca de 16.000 anos-luz de distância, o Omega Centauri é o aglomerado globular mais massivo da nossa galáxia. Ele contém vários milhões de estrelas. (b) Esta imagem, obtida com o Telescópio Espacial Hubble, aumenta o zoom próximo ao centro de Omega Centauri. A imagem tem cerca de 6,3 anos-luz de largura. As estrelas mais numerosas da imagem, de cor amarelo-esbranquiçada, são estrelas da sequência principal semelhantes ao nosso Sol. As estrelas mais brilhantes são gigantes vermelhas que começaram a esgotar seu combustível de hidrogênio e se expandiram para cerca de 100 vezes o diâmetro do nosso Sol. As estrelas azuis iniciaram a fusão de hélio.

Como seria viver dentro de um aglomerado globular? Nas densas regiões centrais, as estrelas estariam cerca de um milhão de vezes mais próximas umas das outras do que em nossa própria vizinhança. Se a Terra orbitasse uma das estrelas internas em um aglomerado globular, as estrelas mais próximas estariam a meses luz, não anos-luz, de distância. Eles ainda apareceriam como pontos de luz, mas seriam mais brilhantes do que qualquer uma das estrelas que vemos em nosso próprio céu. A Via Láctea provavelmente seria difícil de ver através da névoa brilhante da luz das estrelas produzida pelo enxame.

Cerca de 150 aglomerados globulares são conhecidos em nossa galáxia. A maioria deles está em um halo esférico (ou nuvem) ao redor do disco plano formado pela maioria das estrelas da nossa galáxia. Todos os aglomerados globulares estão muito distantes do Sol, e alguns são encontrados a distâncias de 60.000 anos-luz ou mais do disco principal da Via Láctea. Os diâmetros dos aglomerados estelares globulares variam de 50 anos-luz a mais de 450 anos-luz.

Clusters abertos

Clusters abertos são encontrados no disco da galáxia. Eles têm uma variedade de idades, algumas tão antigas quanto, ou até mais antigas que, nosso Sol. Os aglomerados abertos mais jovens ainda estão associados à matéria interestelar a partir da qual se formaram. Os aglomerados abertos são menores do que os aglomerados globulares, geralmente com diâmetros inferiores a 30 anos-luz, e normalmente contêm apenas várias dezenas a várias centenas de estrelas (Figura\(\PageIndex{3}\)). As estrelas em aglomerados abertos geralmente aparecem bem separadas umas das outras, mesmo nas regiões centrais, o que explica por que são chamadas de “abertas”. Nossa galáxia contém milhares de aglomerados abertos, mas podemos ver apenas uma pequena fração deles. A poeira interestelar, que também está concentrada no disco, diminui tanto a luz de aglomerados mais distantes que eles são indetectáveis.

alt — Figura\(\PageIndex{3}\) Jewel Box (NGC 4755). Este aglomerado aberto de estrelas jovens e brilhantes está a cerca de 6400 anos-luz de distância do Sol. Observe o contraste de cores entre a supergigante amarela brilhante e as estrelas azuis quentes da sequência principal. O nome vem da descrição de John Herschel, do século XIX, como “um caixão de pedras preciosas de várias cores”.

Embora as estrelas individuais em um aglomerado aberto possam sobreviver por bilhões de anos, elas normalmente permanecem juntas como um aglomerado por apenas alguns milhões de anos ou, no máximo, algumas centenas de milhões de anos. Existem vários motivos para isso. Em pequenos aglomerados abertos, a velocidade média das estrelas membros dentro do aglomerado pode ser maior do que a velocidade de escape do aglomerado, ¹ e as estrelas irão gradualmente “evaporar” do aglomerado. Encontros próximos de estrelas membros também podem aumentar a velocidade de um dos membros além da velocidade de escape. A cada poucas centenas de milhões de anos, o aglomerado pode ter um encontro próximo com uma nuvem molecular gigante, e a força gravitacional exercida pela nuvem pode separar o aglomerado.

Vários aglomerados abertos são visíveis a olho nu. A mais famosa delas é a Plêiades (Figura\(20.3.5\) na Seção 20.3), que aparece como um pequeno grupo de seis estrelas (algumas pessoas podem ver até mais de seis, e as Plêiades às vezes são chamadas de Sete Irmãs). Esse cacho é organizado como uma pequena colher de imersão e é visto na constelação do touro Taurus. Um bom par de binóculos mostra dezenas de estrelas no enxame, e um telescópio revela centenas. (O nome de uma montadora, Subaru, vem do termo japonês para esse cluster; você pode ver o grupo de estrelas no logotipo da Subaru.)

O Hyades é outro famoso aglomerado aberto em Taurus. A olho nu, aparece como um grupo em forma de V de estrelas tênues marcando a face do touro. Os telescópios mostram que Hyades realmente contém mais de 200 estrelas.

Associações estelares

Uma associação é um grupo de estrelas extremamente jovens, normalmente contendo de 5 a 50 estrelas O e B quentes e brilhantes espalhadas por uma região do espaço com cerca de 100 a 500 anos-luz de diâmetro. Como exemplo, a maioria das estrelas na constelação de Orion forma uma das associações estelares mais próximas. As associações também contêm centenas a milhares de estrelas de baixa massa, mas elas são muito mais fracas e menos visíveis. A presença de estrelas muito quentes e luminosas indica que a formação de estrelas na associação ocorreu nos últimos milhões de anos ou mais. Como as estrelas O passam por toda a vida em apenas cerca de um milhão de anos, elas não existiriam a menos que a formação estelar tenha ocorrido recentemente. Portanto, não é surpreendente que associações sejam encontradas em regiões ricas em gás e poeira necessários para formar novas estrelas. É como um prédio totalmente novo ainda cercado por alguns dos materiais de construção usados para construí-lo e com a paisagem ainda mostrando sinais de construção. Por outro lado, como associações, como aglomerados abertos comuns, estão em regiões ocupadas por matéria interestelar empoeirada, muitas estão ocultas de nossa visão.

Conceitos principais e resumo

Os aglomerados estelares fornecem um dos melhores testes de nossos cálculos do que acontece quando as estrelas envelhecem. As estrelas em um determinado aglomerado foram formadas aproximadamente ao mesmo tempo e têm a mesma composição, então elas diferem principalmente em massa e, portanto, em seu estágio de vida. Existem três tipos de aglomerados estelares: globulares, abertos e associações. Os aglomerados globulares têm diâmetros de 50 a 450 anos-luz, contêm centenas de milhares de estrelas e estão distribuídos em um halo ao redor da galáxia. Os aglomerados abertos normalmente contêm centenas de estrelas, estão localizados no plano da galáxia e têm diâmetros inferiores a 30 anos-luz. Associações são encontradas em regiões de gás e poeira e contêm estrelas extremamente jovens.

Notas de pé

¹ A velocidade de escape é a velocidade necessária para superar a gravidade de algum objeto ou grupo de objetos. Os foguetes que enviamos da Terra, por exemplo, devem viajar mais rápido do que a velocidade de escape do nosso planeta para poder chegar a outros mundos.

Glossário

associação: um grupo frouxo de estrelas jovens cujos tipos espectrais, movimentos e posições no céu indicam uma origem comum

aglomerado globular: um dos cerca de 150 grandes aglomerados estelares esféricos (cada um com centenas de milhares de estrelas) que formam um halo esférico ao redor do centro de nossa galáxia

cluster aberto: um aglomerado de estrelas comparativamente frouxo, contendo de algumas dezenas a alguns milhares de membros, localizado nos braços espirais ou disco de nossa galáxia; às vezes chamado de aglomerado galáctico