26.E: Galáxias (exercícios)

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Para uma exploração mais aprofundada

Artigos

Andrews, B. “O que as galáxias estão tentando nos dizer?” Astronomia (fevereiro de 2011): 24. Introdução à nossa compreensão das formas e da evolução de diferentes tipos de galáxias.

Bothun, G. “Além da sequência de Hubble”. Sky & Telescope (maio de 2000): 36. História e atualização do esquema de classificação do Hubble.

Christianson, G. “Dominando o Universo”. Astronomia (fevereiro de 1999): 60. Breve introdução à vida e obra do Hubble.

Dalcanton, J. “As galáxias negligenciadas”. Sky & Telescope (abril de 1998): 28. Em galáxias de baixo brilho, que foram fáceis de ignorar.

Freedman, W. “A taxa de expansão e o tamanho do universo”. Scientific American (novembro de 1992): 76.

Hodge, P. “A escala de distância extragalática: finalmente concordância?” Sky & Telescope (outubro de 1993): 16.

Jones, B. “O legado de Edwin Hubble”. Astronomia (dezembro de 1989): 38.

Kaufmann, G. e van den Bosch, F. “O ciclo de vida das galáxias”. Scientific American (junho de 2002): 46. Sobre a evolução de galáxias e como ela leva aos diferentes tipos de galáxias.

Martin, P. e Friedli, D. “No coração das galáxias barradas”. Sky & Telescope (março de 1999): 32. Em espirais barradas.

Osterbrock, D. “Edwin Hubble e o Universo em Expansão”. Scientific American (julho de 1993): 84.

Russell, D. “Universos insulares de Wright a Hubble”. Sky & Telescope (janeiro de 1999) 56. Uma história da nossa descoberta de galáxias.

Smith, R. “O Grande Debate Revisitado”. Sky & Telescope (janeiro de 1983): 28. Sobre o debate de Shapley-Curtis sobre a extensão da Via Láctea e a existência de outras galáxias.

Websites

ABC da Distância: http://www.astro.ucla.edu/~wright/distance.htm. Um resumo conciso do astrônomo Ned Wright de todos os diferentes métodos que usamos para obter distâncias em astronomia.

Cosmic Times 1929: http://cosmictimes.gsfc.nasa.gov/onl...mic/index.html. Projeto da NASA explicando o trabalho do Hubble e as descobertas circundantes como se você estivesse lendo artigos de jornal.

Edwin Hubble: O homem por trás do nome: https://www.spacetelescope.org/about...hind_the_name/. Biografia concisa das pessoas do Telescópio Espacial Hubble.

Edwin Hubble: http://apod.nasa.gov/diamond_jubilee...ge_hubble.html. Um artigo sobre a vida e obra do Hubble escrito por seu aluno e sucessor, Allan Sandage. Um pouco técnico em alguns lugares, mas dando uma imagem real do homem e da ciência.

Ciência da NASA: Introdução às galáxias: http://science.nasa.gov/astrophysics... -são galáxias/. Uma breve visão geral com links para outras páginas e descobertas recentes do Telescópio Espacial Hubble.

Galeria Nacional de Galáxias dos Observatórios de Astronomia Óptica: www.noao.edu/image_gallery/galaxies.html. Uma coleção de imagens e informações sobre galáxias e grupos de galáxias de diferentes tipos. Outro arquivo impressionante pode ser encontrado no site do Observatório Europeu do Sul: https://www.eso.org/public/images/ar...gory/galaxies/.

Sloan Digital Sky Survey: Introdução às galáxias: http://skyserver.sdss.org/dr1/en/ast...s/galaxies.asp. Outra breve visão geral.

Expansão do universo: http://hubblesite.org/newscenter/arc...leases/1999/19. O material de fundo aqui fornece uma boa cronologia de como descobrimos e medimos a expansão do universo.

Vídeos

Edwin Hubble (Episódio 89 do Hubblecast): http://www.spacetelescope.org/videos/hubblecast89a/. (5:59).

Galáxias: uma introdução: https://www.youtube.com/watch?v=HYYgangrkZg. Uma compilação de vários vídeos europeus curtos que primeiro descrevem galáxias em geral e depois se concentram em galáxias em imagens do telescópio Hubble (12:48).

As visões do Hubble sobre o universo profundo: https://www.youtube.com/watch?v=argR2U15w-M. Uma palestra pública de 2015 de Brandon Lawton, do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial, sobre galáxias e além (1:26:20).

Atividades colaborativas em grupo

Durante grande parte do século passado, o telescópio de 100 polegadas no Monte. Wilson (concluído em 1917) e o telescópio de 200 polegadas na Montanha Palomar (concluído em 1948) foram os únicos grandes o suficiente para obter espectros de galáxias fracas. Apenas um punhado de astrônomos (todos do sexo masculino — já que, até a década de 1960, as mulheres não tinham tempo com esses dois telescópios) tinham permissão para usar essas instalações e, em geral, os observadores não competiam entre si, mas trabalhavam em problemas diferentes. Agora, existem muitos outros telescópios, e vários grupos diferentes geralmente trabalham no mesmo problema. Por exemplo, dois grupos diferentes desenvolveram de forma independente as técnicas de uso de supernovas para determinar as distâncias até galáxias em altos desvios para o vermelho. Qual abordagem você acha que é melhor para o campo da astronomia? O que é mais econômico? Por quê?
Um parente distante, que você convida para jantar para compartilhar todas as coisas interessantes que aprendeu em sua aula de astronomia, diz que não acredita que outras galáxias sejam feitas de estrelas. Você volta ao seu grupo e pede que eles o ajudem a responder. Que tipos de medições você faria para mostrar que outras galáxias são compostas por estrelas?
Veja a miniatura do capítulo com seu grupo. O que a diferença de cor entre os braços espirais e a protuberância de Andrômeda diz sobre a diferença nos tipos de estrelas que povoam essas duas regiões da galáxia? Qual lado da galáxia está mais perto de nós? Por quê?
Qual é a sua reação ao ler sobre a descoberta do universo em expansão? Discuta como os membros do grupo se sentem em relação a um universo “em movimento”. Einstein não se sentia confortável com a noção de um universo que tivesse algum movimento geral, em vez de estar em repouso. Ele colocou uma espécie de “fator de falsificação” em suas equações de relatividade geral para o universo como um todo para evitar que ele se movesse (embora mais tarde, ao ouvir sobre o trabalho de Hubble e Humason, ele o tenha chamado de “o maior erro” que ele já cometeu). Você compartilha a sensação original de Einstein de que esse não é o tipo de universo com o qual você se sente confortável? O que você acha que poderia ter causado a expansão do espaço?
Na ficção científica, os personagens às vezes falam sobre visitar outras galáxias. Discuta com seu grupo o quão realista é essa ideia. Mesmo se tivéssemos naves espaciais rápidas (viajando perto da velocidade da luz, o limite de velocidade do universo), qual a probabilidade de conseguirmos alcançar outra galáxia? Por quê?
Apesar do fascínio do filho pela astronomia na faculdade, o pai de Edwin Hubble não queria que ele estudasse astronomia como profissão. Ele realmente queria que seu filho fosse advogado e o pressionou muito para aprender direito quando ganhou uma bolsa para estudar no exterior. Hubble acabou desafiando seu pai e entrou para a astronomia, tornando-se, como você aprendeu neste capítulo, um dos astrônomos mais importantes de todos os tempos. Seu pai não viveu para ver as conquistas notáveis de seu filho. Você acha que ele teria se reconciliado com a escolha de carreira de seu filho se tivesse? Você ou alguém do seu grupo ou entre seus amigos precisa escolher entre a paixão em seu coração e o que os outros querem que você faça? Discuta como as pessoas na faculdade de hoje estão lidando com essas escolhas.

Perguntas de revisão

Descreva as principais características distintivas das galáxias espirais, elípticas e irregulares.
Por que demorou tanto para que a existência de outras galáxias fosse estabelecida?
Explique qual é a relação massa/luz e por que ela é menor em galáxias espirais com regiões de formação estelar do que em galáxias elípticas.
Se agora percebemos que as elípticas anãs são o tipo mais comum de galáxia, por que elas escaparam de nossa atenção por tanto tempo?
Quais são as duas melhores maneiras de medir a distância até uma galáxia espiral próxima e como ela seria medida?
Quais são as duas melhores maneiras de medir a distância até uma galáxia espiral distante e isolada e como ela seria medida?
Por que a lei de Hubble é considerada uma das descobertas mais importantes na história da astronomia?
O que significa dizer que o universo está se expandindo? O que está se expandindo? Por exemplo, sua sala de aula de astronomia está se expandindo? É o sistema solar? Por que ou por que não?
A estimativa original do Hubble da distância até a galáxia de Andrômeda estava correta? Explique.
Uma galáxia elíptica gira como uma galáxia espiral? Explique.
Por que o disco de uma galáxia espiral parece escuro quando visto de ponta?
O que causa a maior proporção entre massa e luz: gás e poeira, matéria escura ou estrelas que se queimaram?
Qual é o método padrão de bulbo mais útil para determinar distâncias até galáxias?
Ao comparar duas galáxias espirais isoladas que têm o mesmo brilho aparente, mas giram em taxas diferentes, o que você pode dizer sobre sua luminosidade relativa?
Se todas as galáxias distantes estão se expandindo para longe de nós, isso significa que estamos no centro do universo?
A constante do Hubble é realmente constante?

Perguntas de reflexão

De onde podem vir o gás e a poeira (se houver) em uma galáxia elíptica?
Por que não podemos determinar as distâncias das galáxias pelo mesmo método usado para medir as paralaxes das estrelas?
O que é mais vermelho—uma galáxia espiral ou uma galáxia elíptica?
Suponha que as estrelas em uma galáxia elíptica se formaram em alguns milhões de anos logo após o início do universo. Suponha que essas estrelas tenham uma variedade de massas, assim como as estrelas em nossa própria galáxia. Como a cor do elíptico mudaria nos próximos bilhões de anos? Como sua luminosidade mudaria? Por quê?
Começando com a determinação do tamanho da Terra, delineie uma sequência de etapas necessárias para obter a distância até um aglomerado remoto de galáxias. (Dica: revise o capítulo sobre Distâncias Celestiais.)
Suponha que a Via Láctea estivesse realmente isolada e que nenhuma outra galáxia existisse em 100 milhões de anos-luz. Suponha que as galáxias tenham sido observadas em maior número a distâncias maiores que 100 milhões de anos-luz. Por que seria mais difícil determinar distâncias precisas para essas galáxias do que se também existissem galáxias relativamente próximas?
Suponha que você fosse Hubble e Humason, trabalhando nas distâncias e nos desvios Doppler das galáxias. Que tipo de coisas você teria que fazer para convencer a si mesmo (e aos outros) de que a relação que você estava vendo entre as duas quantidades era uma característica real do comportamento do universo? (Por exemplo, dados de duas galáxias seriam suficientes para demonstrar a lei de Hubble? Os dados apenas das galáxias mais próximas — no que os astrônomos chamam de “Grupo Local” — seriam suficientes?)
O que significa se uma galáxia elíptica tem linhas de espectro mais amplas do que outra galáxia elíptica?
Com base em sua análise das galáxias na Tabela\(26.3.1\) na Seção 26.3, existe uma correlação entre a população de estrelas e a quantidade de gás ou poeira? Explique por que isso pode acontecer.
Uma relação massa/luz mais alta pode significar que há gás e poeira presentes no sistema que está sendo analisado?

Descobrindo por si mesmo

De acordo com a lei do Hubble, qual é a velocidade de recessão de uma galáxia que está a\(10^8\) anos-luz de distância de nós? (Suponha uma constante de Hubble de 22 km/s por milhão de anos-luz.)
Observa-se que um aglomerado de galáxias tem uma velocidade de recessão de 60.000 km/s. Encontre a distância até o aglomerado. (Suponha uma constante de Hubble de 22 km/s por milhão de anos-luz.)
Suponha que possamos medir a distância até uma galáxia usando uma das técnicas de distância listadas\(26.4.1\) na Tabela na Seção 26.4 e ela se torne 200 milhões de anos-luz. O desvio para o vermelho da galáxia nos diz que sua velocidade de recessão é de 5000 km/s. O que é a constante de Hubble?
Calcule a relação massa/luz para um aglomerado globular com uma luminosidade de 106\(L_{\text{Sun}}\) e\(10^5\) estrelas. (Suponha que a massa média de uma estrela em tal aglomerado seja 1\(M_{\text{Sun}}\).)
Calcule a relação massa/luz para uma estrela luminosa de 100\(M_{\text{Sun}}\) com a luminosidade de\(10^6\)\(L_{\text{Sun}}\).