Objectivos de Aprendizagem
No final desta secção, poderá fazê-lo:
- Explicar quanta matéria interestelar existe na Via Láctea, e qual é a sua densidade típica
- Descrever como o meio interestelar é dividido em componentes gasosos e sólidos
Astrónomos referem-se a todo o material entre estrelas como matéria interestelar; toda a colecção de matéria interestelar é chamada de meio interestelar (ISM). Algum material interestelar é concentrado em nuvens gigantes, cada uma delas conhecida como nebulosa (plural “nebulosa”, latim para “nuvens”). As nebulosas mais conhecidas são as que podemos ver brilhando ou reflectindo luz visível; há muitas imagens destas neste capítulo.
Figure 1. Vários tipos de Matéria Interstelar: As nebulosas avermelhadas nesta espectacular fotografia brilham com a luz emitida pelos átomos de hidrogénio. As zonas mais escuras são nuvens de poeira que bloqueiam a luz das estrelas atrás delas. A parte superior da fotografia é preenchida com o brilho azulado da luz reflectida por estrelas quentes incrustadas na periferia de uma enorme e fria nuvem de poeira e gás. A estrela fria supergiante Antares pode ser vista como uma grande mancha avermelhada na parte inferior esquerda da imagem. A estrela está a perder alguma da sua atmosfera exterior e está rodeada por uma nuvem da sua própria criação que reflecte a luz vermelha da estrela. A nebulosa vermelha no meio à direita rodeia parcialmente a estrela Sigma Scorpii. (À direita de Antares, pode ver-se M4, um aglomerado muito mais distante de estrelas extremamente antigas). (crédito: modificação do trabalho por ESO/Digitized Sky Survey 2)
Nuvens interestelares não duram toda a vida do universo. Em vez disso, são como nuvens na Terra, em constante mudança, que se fundem umas com as outras, crescem, ou se dispersam. Algumas tornam-se densas e maciças o suficiente para se desmoronarem sob a sua própria gravidade, formando novas estrelas. Quando as estrelas morrem, elas, por sua vez, ejectam parte do seu material para o espaço interestelar. Este material pode então formar novas nuvens e recomeçar o ciclo.
Sobre 99% do material entre as estrelas está na forma de um gás – isto é, consiste em átomos ou moléculas individuais. Os elementos mais abundantes neste gás são o hidrogénio e o hélio (que vimos serem também os elementos mais abundantes nas estrelas), mas o gás também inclui outros elementos. Alguns dos gases encontram-se sob a forma de moléculas-combinações de átomos. O 1% restante do material interestelar é constituído por partículas congeladas sólidas que consistem em muitos átomos e moléculas que são chamadas grãos interestelares ou pó interestelar (Figura 1). Um grão típico de poeira consiste num núcleo de material semelhante a rocha (silicatos) ou grafite rodeado por um manto de gelo; água, metano e amoníaco são provavelmente os gelos mais abundantes.
Se todo o gás interestelar dentro da Galáxia fosse espalhado suavemente, haveria apenas cerca de um átomo de gás por cm3 no espaço interestelar. (Em contraste, o ar na sala onde se lê este livro tem cerca de 1019 átomos por cm3). Os grãos de poeira são ainda mais escassos. Um km3 de espaço conteria apenas algumas centenas a alguns milhares de grãos minúsculos, cada um com tipicamente menos de um décimo de milímetro de diâmetro. Estes números são apenas médias, contudo, porque o gás e a poeira estão distribuídos de forma desigual e irregular, tal como o vapor de água na atmosfera terrestre está frequentemente concentrado em nuvens.
Em algumas nuvens interestelares, a densidade do gás e da poeira pode exceder a média em mil ou mais vezes, mas mesmo esta densidade é mais quase um vácuo do que qualquer outro que possamos fazer na Terra. Para mostrar o que queremos dizer, imaginemos um tubo vertical de ar que chega do solo até ao topo da atmosfera terrestre com uma secção transversal de 1 metro quadrado. Agora vamos estender o tubo do mesmo tamanho desde o topo da atmosfera até à borda do universo observável – mais de 10 mil milhões de anos-luz de distância. Embora seja longo, o segundo tubo ainda conteria menos átomos do que o da atmosfera do nosso planeta.
Embora a densidade da matéria interestelar seja muito baixa, o volume de espaço em que tal matéria é encontrada é enorme, pelo que a sua massa total é substancial. Para ver porquê, temos de ter em mente que as estrelas ocupam apenas uma pequena fracção do volume da Via Láctea Galáxia. Por exemplo, são necessários apenas cerca de quatro segundos de luz para percorrer uma distância igual ao diâmetro do Sol, mas mais de quatro anos para viajar do Sol até à estrela mais próxima. Embora os espaços entre as estrelas sejam escassamente povoados, há muito espaço lá fora!
Astrónomos estimam que a massa total de gás e poeira na Via Láctea Galáxia é igual a cerca de 15% da massa contida nas estrelas. Isto significa que a massa da matéria interestelar na nossa Galáxia é cerca de 10 mil milhões de vezes a massa do Sol. Há muita matéria-prima na Galáxia para fazer gerações de novas estrelas e planetas (e talvez até estudantes de astronomia).
estimar a massa interestelar
Pode-se fazer uma estimativa aproximada da quantidade de massa interestelar que a nossa Galáxia contém e também de quantas novas estrelas poderiam ser feitas a partir desta matéria interestelar. Tudo o que precisa de saber é o tamanho da Galáxia e a densidade média usando esta fórmula:
text{ massa total}==text{volume de átomos}= vezes {densidade de átomos}=text{massa por átomo}
p>Tem de se lembrar de usar unidades consistentes – tais como metros e quilogramas. Vamos assumir que a nossa Galáxia tem a forma de um cilindro; o volume de um cilindro é igual à área da sua base vezes a sua altura
V={\pi} }{R}^{2}h
onde R é o raio do cilindro e h a sua altura.
P>Ponhamos que a densidade média de hidrogénio gasoso na nossa Galáxia é de um átomo por cm3. Cada átomo de hidrogénio tem uma massa de 1,7 × 10-27 kg. Se a Galáxia é um cilindro com um diâmetro de 100.000 anos-luz e uma altura de 300 anos-luz, qual é a massa deste gás? Quantas estrelas de massa solar (2,0 × 1030 kg) poderiam ser produzidas a partir desta massa de gás se tudo fosse transformado em estrelas?
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P>Pode usar o mesmo método para estimar a massa de gás interestelar à volta do Sol. A distância do Sol até à outra estrela mais próxima, Proxima Centauri, é de 4,2 anos-luz. Veremos na matéria interestelar à volta do Sol que o gás na proximidade imediata do Sol é menos denso que a média, cerca de 0,1 átomos por cm3. Qual é a massa total de hidrogénio interestelar numa esfera centrada no Sol e que se estende até Proxima Centauri? Como é que isto se compara com a massa do Sol? É útil lembrar que o volume de uma esfera está relacionado com o seu raio:
V==esquerda(4\texto{/}3\direita){R}^{3}
Nomeando as nebulosas
Ao olhar para as legendas de algumas das espectaculares fotografias deste capítulo e O Nascimento das Estrelas e a Descoberta dos Planetas fora do Sistema Solar, notará a variedade de nomes dados às nebulosas. Algumas, que em pequenos telescópios se parecem com algo reconhecível, por vezes têm o nome das criaturas ou objectos que se assemelham. Exemplos incluem o Caranguejo, a Tarântula e as Nebulosas de Keyhole. Mas a maioria tem apenas números que são entradas num catálogo de objectos astronómicos.
Talvez o catálogo mais conhecido de nebulosas (assim como aglomerados de estrelas e galáxias) tenha sido compilado pelo astrónomo francês Charles Messier (1730-1817). A paixão de Messier era descobrir cometas, e a sua devoção a esta causa valeu-lhe o apelido de “O Furão Cometa” do Rei Luís XV. Quando os cometas são vistos pela primeira vez em direcção ao Sol, parecem pequenas manchas difusas de luz; em pequenos telescópios, são fáceis de confundir com nebulosas ou com agrupamentos de muitas estrelas tão distantes que a sua luz é toda misturada. Uma e outra vez, o coração de Messier saltava ao pensar que tinha descoberto um dos seus cometas preciosos, apenas para descobrir que tinha “meramente” observado uma nebulosa ou um aglomerado.
Em frustração, Messier começou a catalogar a posição e aparência de mais de 100 objectos que poderiam ser confundidos com cometas. Para ele, esta lista era apenas uma ferramenta no trabalho muito mais importante da caça aos cometas. Ficaria muito surpreendido se voltasse hoje para descobrir que já ninguém se lembra dos seus cometas, mas o seu catálogo de “coisas confusas que não são cometas” ainda é amplamente utilizado. Quando a Figura 1 se refere a M4, denota a quarta entrada na lista de Messier.
Uma lista muito mais extensa foi compilada sob o título do Novo Catálogo Geral (NGC) de Nebulae e Star Clusters em 1888 por John Dreyer, trabalhando no observatório em Armagh, Irlanda. Baseou a sua compilação no trabalho de William Herschel e do seu filho John, e de muitos outros observadores que os seguiram. Com a adição de duas outras listas (denominadas Catálogos Índice), a compilação de Dreyer acabou por incluir 13.000 objectos. Os astrónomos ainda hoje usam os seus números NGC quando se referem à maioria das nebulosas e grupos de estrelas.
Conceitos Chave e Resumo
Sobre 15% da matéria visível na Galáxia é sob a forma de gás e poeira, servindo como matéria-prima para novas estrelas. Cerca de 99% desta matéria interestelar está sob a forma de átomos ou moléculas individuais de gás. Os elementos mais abundantes no gás interestelar são o hidrogénio e o hélio. Cerca de 1% da matéria interestelar está sob a forma de grãos sólidos de poeira interestelar.
Glossary
poeira interestelar: minúsculos grãos sólidos no espaço interestelar que se pensa consistirem num núcleo de material semelhante a rocha (silicatos) ou grafite rodeado por um manto de gelo; água, metano e amoníaco são provavelmente os mais abundantes ices
média interestelar (ISM): (ou matéria interestelar) o gás e a poeira entre as estrelas numa galáxia
nebula: uma nuvem de gás ou poeira interestelar; o termo é mais frequentemente usado para nuvens que são vistas a brilhar com luz visível ou infravermelha