Como descobrir a massa de uma estrela

A estrela hipergigante VY Canis Majoris, do Observatório Rutherford. É uma das maiores e mais massivas estrelas medidas pelos astrônomos. Arthunter, via Wikipedia Commons. CC BY-SA 3.0

Por pouco tudo no universo tem massa , de átomos e partículas subatômicas (como as estudadas poro Grande Colisor de Hádrons) para aglomerados gigantes de galáxias . As únicas coisas que os cientistas sabem até agora que não têm massa são fótons e glúons.

A massa é importante saber, mas os objetos no céu estão muito distantes. Não podemos tocá-los e certamente não podemos pesá-los por meios convencionais. Então, como os astrônomos determinam a massa das coisas no cosmos? É complicado.

Estrelas e massa

Suponha que um estrela típica é bastante massivo, geralmente muito mais do que um planeta típico. Por que se preocupar com sua massa? Essa informação é importante saber porque revela pistas sobre o passado evolutivo, presente e futuro de uma estrela .

Astrônomos usando o Telescópio Espacial Hubble identificaram nove estrelas monstruosas com massas superiores a 100 vezes a massa do Sol. Encontram-se no aglomerado estelar R136 na vizinha Grande Nuvem de Magalhães. A massa é uma característica importante ao descobrir a expectativa de vida das estrelas. NASA/ESA/STScI

Os astrônomos podem usar vários métodos indiretos para determinar a massa estelar. Um método, chamado lente gravitacional , mede o caminho da luz que é dobrado pela atração gravitacional de um objeto próximo. Embora a quantidade de flexão seja pequena, medições cuidadosas podem revelar a massa da atração gravitacional do objeto que está puxando.

Medições Típicas de Massa Estelar

Os astrônomos levaram até o século 21 para aplicar lentes gravitacionais para medir massas estelares. Antes disso, eles tinham que contar com medições de estrelas orbitando um centro de massa comum, as chamadas estrelas binárias. A massa de estrelas binárias (duas estrelas orbitando um centro de gravidade comum) é muito fácil para os astrônomos medirem. Na verdade, vários sistemas estelares fornecem um exemplo clássico de como descobrir suas massas. É um pouco técnico, mas vale a pena estudar para entender o que os astrônomos têm que fazer.

Uma imagem do Telescópio Espacial Hubble de Sirius A e B, um sistema binário a 8,6 anos-luz de distância da Terra. NASA/ESA/STScI

Primeiro, eles medem as órbitas de todas as estrelas do sistema. Eles também cronometram as velocidades orbitais das estrelas e, em seguida, determinam quanto tempo uma determinada estrela leva para percorrer uma órbita. Isso é chamado de 'período orbital'.

Calculando a massa

Uma vez que toda essa informação é conhecida, os astrônomos fazem alguns cálculos para determinar as massas das estrelas. Eles podem usar a equação V_órbita= SQRT(GM/R) onde SQRT é 'raiz quadrada' a, G é gravidade, M é massa e R é o raio do objeto. É uma questão de álgebra descobrir a massa reorganizando a equação para resolver M .

Assim, sem nunca tocar em uma estrela, os astrônomos usam matemática e leis físicas conhecidas para descobrir sua massa. No entanto, eles não podem fazer isso para todas as estrelas. Outras medidas os ajudam a descobrir as massas das estrelas não em sistemas binários ou de múltiplas estrelas. Por exemplo, eles podem usar luminosidades e temperaturas. Estrelas de diferentes luminosidades e temperaturas têm massas muito diferentes. Essa informação, quando plotada em um gráfico, mostra que as estrelas podem ser organizadas por temperatura e luminosidade.

Estrelas realmente massivas estão entre as mais quentes do universo. Estrelas de menor massa, como o Sol, são mais frias que seus irmãos gigantes. O gráfico das temperaturas, cores e brilhos das estrelas é chamado de Diagrama de Hertzsprung-Russell , e por definição, também mostra a massa de uma estrela, dependendo de onde ela se encontra no gráfico. Se estiver ao longo de uma curva longa e sinuosa chamada Sequência principal , então os astrônomos sabem que sua massa não será gigantesca nem será pequena. As estrelas de maior massa e de menor massa ficam fora da Sequência Principal.

Esta versão do diagrama Hertzprung-Russell traça as temperaturas das estrelas em relação às suas luminosidades. A posição de uma estrela no diagrama fornece informações sobre em que estágio ela está, bem como sua massa e brilho. Observatório Europeu do Sul

Evolução Estelar

Os astrônomos têm uma boa noção de como as estrelas nascem, vivem e morrem. Essa seqüência de vida e morte é chamada de 'evolução estelar'. O maior preditor de como uma estrela evoluirá é a massa com que nasce, sua 'massa inicial'. Estrelas de baixa massa são geralmente mais frias e mais escuras do que suas contrapartes de massa mais alta. Assim, simplesmente observando a cor, a temperatura e a localização de uma estrela no diagrama de Hertzsprung-Russell, os astrônomos podem ter uma boa ideia da massa de uma estrela. Comparações de estrelas semelhantes de massa conhecida (como as binárias mencionadas acima) dão aos astrônomos uma boa ideia de quão massiva é uma determinada estrela, mesmo que não seja binária.

É claro que as estrelas não mantêm a mesma massa durante toda a vida. Eles a perdem à medida que envelhecem. Eles gradualmente consomem seu combustível nuclear e, eventualmente, experimentam grandes episódios de perda de massa na finais de suas vidas . Se forem estrelas como o Sol, elas o sopram suavemente e formam nebulosas planetárias (geralmente). Se eles são muito mais massivos que o Sol, eles morrem em eventos de supernova, onde os núcleos colapsam e depois se expandem em uma explosão catastrófica. Isso explode muito de seu material para o espaço.

Imagem composta da Nebulosa do Caranguejo, um remanescente de supernova que anunciou a morte de uma estrela muito massiva. NASA/ESA/ASU/J. Hester & A. Loll

Observando os tipos de estrelas que morrem como o Sol ou morrem em supernovas, os astrônomos podem deduzir o que outras estrelas farão. Eles conhecem suas massas, sabem como outras estrelas com massas semelhantes evoluem e morrem, e assim podem fazer algumas previsões muito boas, com base em observações de cor, temperatura e outros aspectos que os ajudam a entender suas massas.

Observar as estrelas é muito mais do que coletar dados. As informações que os astrônomos obtêm são dobradas em modelos muito precisos que os ajudam a prever exatamente o que as estrelas na Via Láctea e em todo o universo farão ao nascer, envelhecer e morrer, tudo com base em suas massas. No final, essas informações também ajudam as pessoas a entender mais sobre as estrelas, principalmente o nosso Sol.

Fatos rápidos

• A massa de uma estrela é um importante preditor para muitas outras características, incluindo quanto tempo ela viverá.
• Os astrônomos usam métodos indiretos para determinar as massas das estrelas, uma vez que não podem tocá-las diretamente.
• Normalmente falando, estrelas mais massivas vivem vidas mais curtas do que as menos massivas. Isso ocorre porque eles consomem seu combustível nuclear muito mais rápido.
• Estrelas como o nosso Sol têm massa intermediária e terminarão de uma maneira muito diferente das estrelas massivas que se explodirão após algumas dezenas de milhões de anos.