A vida das estrelas de grande massa

Caros Leitores;

Aprendemos que o diagrama HR é uma ferramenta útil para examinar a vida das estrelas. Antes que uma estrela possa ser chamada de estrela (quando ela funde hidrogênio pela primeira vez em seu núcleo), podemos rastrear a nuvem em colapso por vários estágios até que a estrela nasça na sequência principal. Também podemos usar o diagrama HR para rastrear a estrela conforme ela começa a ficar sem combustível, conforme ela "morre". O processo que governa cada estágio da vida de uma estrela, bem como quanto tempo ela passa em cada um desses estágios, depende de sua massa. Todas as estrelas passam a grande maioria de suas vidas na sequência principal - os processos de nascimento e morte são de curta duração. Descobrimos que o Sol passa cerca de 10 bilhões de anos na sequência principal. E as outras estrelas? Estrelas menos massivas que o Sol (estrelas K e M) passam muito mais tempo na sequência principal - 75 bilhões de anos (ou mais)! Enquanto estrelas mais massivas que o Sol têm vidas muito mais curtas - apenas um milhão de anos (ou menos) para estrelas muito massivas.

Por que isso? Em nossa tabela que fornece dados sobre os tipos espectrais de estrelas (veja as notas para a aula nº 17), listamos as massas e luminosidades de vários tipos de estrelas. O Sol tem uma massa solar e uma luminosidade solar. Uma estrela "O", no entanto, tem uma massa de 60 massas solares e uma luminosidade de 1.400.000 luminosidades solares! Observe que uma estrela O tem 60X a quantidade de hidrogênio que o Sol tem - portanto, tem 60X a quantidade de combustível disponível. Mas observe que ela o está usando muito mais rapidamente: 1.400.000X a taxa do Sol. Podemos estimar quanto tempo essa estrela viverá comparando-a ao Sol. Se ela tiver 60X a massa, mas queimá-la 1.400.000X mais rápido, a estrela "O" viverá apenas 60/1.400.000X o tempo do Sol. Se você calcular isso, 60/1.400.000 = 4,3 X 10 ^-5 . Multiplique isso por 10 bilhões de anos e você terá: 428.000 anos! Uma estrela O tem uma vida de sequência principal muito curta.

Podemos fazer a mesma coisa para uma estrela do tipo M. Note que elas começam suas vidas na sequência principal com 0,3X a massa do Sol, então elas têm cerca de 1/3 do combustível que o Sol tem. Mas note que elas também têm uma luminosidade muito menor: 0,04X a do Sol. Podemos dividir esses números: 0,3/0,04 = 7,5, então uma estrela M vive 7,5 vezes mais que o Sol, ou 75 bilhões de anos. Podemos pensar em estrelas M como um "carro inteligente", elas são pequenas, mas têm boa quilometragem de combustível, enquanto estrelas O são como Escalades - um grande SUV que consome muita gasolina. É grande e queima muito combustível. Por que isso acontece? A resposta, é claro, é a pressão gravitacional. A pressão no núcleo é maior em estrelas de alta massa, o que significa que as temperaturas são mais altas, e o núcleo da estrela é maior --- a região que funde o hidrogênio é muito maior, e uma área de fusão maior significa que há mais produção de energia. O oposto ocorre nas estrelas de menor massa -- a pressão em seus núcleos é apenas alta o suficiente para sustentar a fusão nuclear em primeiro lugar, então a região de fusão é minúscula, e sua produção de energia é anêmica. Na verdade, falamos sobre uma relação "Massa-Luminosidade": L ∝ M ^a . Para estrelas reais, o expoente "a" muda com a massa (vá aqui para mais informações sobre essa relação).

A história de vida de uma estrela massiva

Nós discutimos a história de vida de uma estrela de baixa massa - a maioria dos eventos descritos nessa discussão são verdadeiros para estrelas de alta massa também - há vários pontos na vida de uma estrela massiva onde ela fica sem combustível, e nesses momentos, mudanças interessantes ocorrem. Estrelas massivas se formam da mesma forma que estrelas de baixa massa - elas apenas se formam mais rapidamente porque há mais massa para acelerar o processo. Enquanto o Sol levou cerca de 50 milhões de anos para se contrair de uma nuvem de gás frio para uma estrela da sequência principal, uma estrela com 15 massas solares colapsa para a sequência principal em 60.000 anos. Tudo sobre estrelas massivas é maior, mais rápido e mais chamativo! Elas são as estrelas de cinema e bilionárias do universo astronômico.

Estrelas de alta massa geram energia fundindo hidrogênio em hélio, mas usam uma técnica ligeiramente diferente que envolve carbono, nitrogênio e oxigênio como "catalisadores". Não entraremos em detalhes (mas veja a figura 17.10). Assim como estrelas de baixa massa, estrelas de alta massa eventualmente ficam sem combustível em seus núcleos. A gravidade então assume e encolhe o núcleo. A pressão e a temperatura sobem no núcleo e, simultaneamente, uma camada de hidrogênio queimando é formada, bem como um núcleo que está fundindo hélio em carbono. A taxa de geração de energia agora é maior, e a estrela se expande em uma supergigante vermelha. A trilha evolutiva pode ser plotada em um diagrama HR:

Fonte: Astronomy.nmsu 

http://astronomy.nmsu.edu/tharriso/ast110/class19.html

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Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas” e "Conhecendo a Energia produzida no Sol".

Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.

>Autor de cinco livros, que estão sendo vendidos nas livrarias Amazon, Book Mundo e outras.

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