Big Bang, Gravidade, Teoria da relatividade, Propriedades do sol e Buracos Negros!

4. Nota: Mapa que retrata o momento de origem do universo. As manchas vermelhas
indicam regiões mais 'quentes', e as azuis, as mais 'frias'. A forma oval reflete
uma projeção bidimensional similar à usada para representar o globo terrestre.

5. Defensores do geocentrismo: Aristóteles(384-322 a.C.) e Cláudio Ptolomeu (90 d.C. – 168 d.C.)

6. Principais defensores do heliocentrismo: Nicolau Copérnico (1473 – 1543), Johannes Kepler (1571 – 1630),
Galileu Galilei (1564 – 1642) e Sir Isaac Newton (1643 – 1727)

12. Radiotelescópio Dasi, localizado no Pólo Sul, com o qual foi medida
a polarização da radiação cósmica de fundo (foto: Erik Leitch)

13. A sonda Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) foi lançada em 2001 e
está a 1,6 milhão de quilômetros da Terra (imagens: Nasa/equipe da WMAP)

15. Imagens obtidas pelo telescópio espacial Hubble, das gáláxias mais antigas
formadas cerca de 400 a 700 milhões de anos após o Big Bang usando HUDF
(Hubble Ultra Deep View)

21. Lei da Gravitação Universal de Newton
“Dois corpos atraem-se gravitacionalmente com forças de
intensidades diretamente proporcional ao produto de suas
massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância
que separa seus centros de gravidade.”
2
21.
.
d
mm
GF 
2
2
11 .
10.67,6
kg
mN
G 

Onde G é a constante de
gravitação universal :

23. Obs: Um corpo em queda livre em direção à superfície da Terra apenas sob ação da gravidade,
acelerará à uma taxa de 9,80665 m/s (32,174 pés/s) por cada segundo que o corpo esta caindo

34. Massa 2 x 1030
kg
Raio 700 000 km
Densidade média
central
1409 kg/m3
160 000 kg/m3
Luminosidade 3.9 x 1033 erg/s
Temperatura superfície
central
5785 K
1.5 x 107 K
Composição química:
Hidrogênio
Hélio
Oxigênio
Carbono
Nitrogênio
92,1 %
7,8 %
0,061 %
0,039 %
0,0084 %
Período rotacional equador
pólos
25 dias
31 dias

38. • Fotosfera: superfície até
300 km, T=5800 K,
manchas solares
• Cromosfera: 10,000 km
acima da superfície,
T=15,000 K, cor aver-
melhada em eclipses
• Coroa: até 2 raios
solares, T=2-4 milhões K,
vento solar

41. • Observada a olho nu
durante eclipses sola-res
• Bastante difusa (baixa
densidade)
• Inomogênea
• T=2 a 4 milhões K

42. • Cromosfera
(Ha)
• Fotosfera
(luz branca)
• Baixa coroa
(17 GHz)

43. • Cromosfera
(ultra-violeta)
•Baixa coroa
(UV extremo)
• Coroa (raio-X)

44. • Formação: 10 milhões de
anos
– nuvem molecular em
forma de disco
– o proto-sol no centro e
proto-planetas ao redor
formaram-se simulta-
neamente
– quando temperatura no
centro alta suficiente 
nasce uma estrela
• Clique na figura acima para ver a
animação da formação do sistema solar

47. • Nebulosa planetária:
– 1/3 da massa é ejetada
– camadas internas são expostas
• Nebulosa da Hélice

48. • núcleo da nebulosa
planetária (carbono)
• raio igual ao da Terra
• T = 10,000 K até
esfriar completamente
(trilhões de anos)

50. mancha solar

51. • Ciclo de atividade:
– percebeu-se que o
número de manchas
solares era cíclico
– duração de 11 anos
– medidas desde 1600
– atualmente estamos em
um máximo

52. Próximo máximo de atividade solar
por volta de 2000-2001

53. 1991
1996
• Montagem de imagens tomadas a
cada 6 meses durante 6 anos.

54. • Campo tradicional de dipolo
• Rotação diferencial: 28 (equador) e 31 dias (pólos)
• Campo responsável pelas regiões ativas
• B inverte de polaridade a cada 22 anos (ciclo de Babcock)

55. • Devido ao campo
magnético
• Duração de 11 anos
• Manifestações:
– Manchas solares
– Explosões solares
– Ejeções de massas
coronais

56. • Manchas escuras nas
imagens do sol em luz
visível
• mais frias do que a
superfície ao redor
• regiões de altas
concentrações de
campo magnético

57. • Súbita liberação de grandes
quantidades de energia
(segundos a minutos)
• aquece o plasma local
• acelera partículas a al-tas
energias e produz grande
quantidade de radiação e
partículas
• fonte de energia  campo
magnético• Clique na figura acima para ver a animação
da explosão.

58. • Clique na figura
para ver a animação
da explosão.

59. • Associadas às proe-
minências solares
• matéria (elétrons,
prótons e íons) é
arremessada para o
meio interplanetário
• pode atingir a Terra

61. • Quando a radiação e
partículas produzidas
pela atividade solar
alcançam a Terra, estas
podem causar:
– doses letais de ra-
diação X para as-
tronautas
– alteração nas ór-bitas
de satélites

62. – alterações na ionosfera
afetam as comunica-ções
de longa distância
– picos de correntes nas
linhas de alta tensão
– comportamento errático
de instrumentos de na-
vegação
– alterações na camada de
ozônio
– auroras

63. • Partículas acelera-das
do sol entram na
atmosfera solar pelos
pólos
• Interagem com os
átomos da alta at-
mosfera causando
emissão colorida

68. Acredita-se ser
muito menores
do núcleo de
um átomo.
A força gravitacional é muito
forte próximo a um buraco negro
Isso se deve ao fato de
que toda a matéria que
o buraco negro está
concentrada em um
único ponto no seu
centro.
É chamado de
singularidade
pelos físicos

69. A superfície de um buraco negro é
conhecida como o horizonte de eventos
Esta superfície não pode ser vista nem tocada
Nela, a força da gravidade
torna-se infinitamente forte e
o qualquer objeto sobre ela
precipita-se para dentro do
buraco à velocidade da luz.

70. O tamanho de um buraco negro é dado pelo
raio do horizonte de eventos do mesmo.
O raio de um
buraco negro
(em km)
número de massas solares
que constitui o material do
buraco negro
= 3x
Se pudéssemos porventura comprimir o Sol até que
ele fique como um raio de 2,5 km, o ‘Sol super
comprimido’ iria tornar-se um buraco negro. Da mesma
forma a Terra comprimida até ter um raio de 0,9 cm se
transformaria em um buraco negro. Uma montanha de
grande porte ultra comprimida formaria um buraco
negro nanico de 1 nanômetro (10-9 m).

71. Buraco negro supermassivo é uma classe de
buracos negros que se acredita encontrar
principalmente no centro das galáxias. Ao contrário
dos buracos negros estelares que são originados a
partir da evolução de estrelas massivas, os buracos
negros supermassivos foram formados por imensas
nuvens de gás ou por aglomerados de milhões de
estrelas que colapsaram sobre a sua própria
gravidade quando o universo ainda era bem mais
jovem e denso.
Eles possuem uma massa de milhões
ou até bilhões de vezes maiores que a
massa do Sol.

72. No início da história do Universo, antes das galáxias se formarem, já
existiam pequenos buracos negros que atraía o gás primordial de seu
entorno, fazendo-o colapsar para dentro do buraco negro.
Estas nuvens que alimentam o buraco negro fazendo-o crescer, ao mesmo
tempo inicia a formação de estrelas que formarão a galáxia.
A massa do buraco negro fica proporcional a matéria acrecentada, assim
como a massa da galáxia, o que leva com que as duas, a massa do buraco
negro central, e a da galáxia sejam proporcionais.
Colapso primordial de uma protuberância
A nuvem de hidrogênio
Primordial cai em torno
de pequena semente
buraco negro
A queda do gás alimenta
o buraco com mais
massa e a formação de
estrelas
Galáxia elíptica gigante
produzida através do
colapso. O buraco negro
para de crescer.

73. Um buraco negro massivo, no centro de uma galáxia elíptica, pode se formar
a partir da colisão de duas galáxias espirais que tinham buracos negros
menores em seu centro.
Na colisão os seus bojos se misturam, e os buracos negros se "fundem" num
só maior. A fusão das duas galáxias dá origem a uma galáxia elíptica gigante,
cujo buraco negro central é agora maior do que os das duas galáxias espirais
e de novo proporcional à massa da galáxia elíptica.
Colisão de Galáxias
Duas galáxias em
espiral, com buraco
negro central, “caem”
uma sobre a outra
As galáxias colidem, e
os buracos negros de
seus núcleos começam
a se fundir
A fusão produz um
Galaxia elíptica gigante
com um buraco negro
central de massa
proporcional a dela.

74. O buraco negro central em uma galáxia também pode crescer junto com o
bojo ao longo da vida da galáxia.
A massa para alimentar o buraco negro e para fazer o bojo crescer pode vir
das partes externas de uma galáxia espiral.
Dinâmicamente isto pode acontecer através de uma barra, que transfere
matéria das partes externas à região central de uma galáxia
Pseudo Bojo
Forma pura de galáxia
em disco com no
máximo uma semente
de buraco negro
O disco de gás cai no centro
da galáxia e cresce um pseudo
bojo que se assemelha a uma
protuberância primordial, mas
na verdade é parte do disco
Como o pseudo bojo
aumenta, um buraco
negro é criado e sua
massa aumenta com a
da pseudo bojo

75. A detecção é feita através do estudo do movimento
orbital das estrelas em torno do Buracos Negros
Supermassivos (BNS).
Os astrônomos verificaram que a velocidade das
estrelas não para de crescer à medida que nos
aproximamos do centro da galáxia e modelos
dinâmicos demonstram a necessidade de duas
componentes para compor o campo
gravitacional observado: uma componente
estelar que chamamos bojo mais uma
componente compacta que seria o BNS.
Assim como o movimento dos planetas permite o cálculo da
massa do Sol, podemos determinar a massa existente no núcleo
das galáxias a partir da velocidade orbital das estrelas desde que
as possamos observar bem próximas ao núcleo.

76. A figura acima mostra, no painel esquerdo, a relação entre a massa do buraco negro central (eixo
vertical) e a luminosidade do bojo em unidades de luminosidades solares (eixo horizontal). No
painel direito, os autores mostram que a relação é muito melhor definida quando eles usam a
dispersão de velocidades do bojo no eixo horizontal. Como esta última é facilmente obtida para as
galáxias, pode ser usada para determinar a massa do buraco negro central.
Tudo indica que a formação do buraco Negro central está vinculada à formação do
bojo, de forma que bojos mais massivos têm no seu centro BNS mais massivos. Uma
extrapolação deste resultado é que todas as galáxias que têm bojo têm um BNS no
seu centro, cuja massa pode ser determinada pela relação de proporcionalidade
entre os dois. Esta relação, extraída do trabalho de Gebhardt et al. (2000) é ilustrada
na figura abaixo.

77. Correlação entre a massa do B NS (eixo vertical) e do bojo (eixo horizontal):

78. O caso da NGC1097 corresponde ao ponto médio da reta acima, já que o
BNS no seu centro tem um milhão de massas solares.

79. O buraco negro mais massivo descoberto até agora situa-se no
coração da relativamente perto galáxia gigante M87.
Um novo modelo mostra que o
buraco negro supermassivo tem
duas a três vezes mais massa
do que se pensava, umas
gigantescas 6,4 mil milhões de
vezes a massa do Sol.
A nova medição sugere que
outros buracos negros em
grandes galáxias vizinhas
possam também ser muito mais
pesados que as medições atuais
sugerem, e pode ajudar os
astrônomos a resolver um
quebra-cabeça acerca do
desenvolvimento galáctico.