Curiosidades

Como é possível medir a distância de uma estrela?

 Todos ouvimos os grandes números que estão envolvidos quando falamos de distâncias estelares. Dito isto, como podemos saber até que ponto uma estrela realmente é? Embora haja muitas maneiras de calcular a distância entre nosso planeta e outra estrela, três métodos reinarão supremos. Com simples deduções matemáticas e lógicas, nossos astrônomos nos deram uma imagem muito mais vívida do universo. Agora sente-se, pegue uma xícara de chá e prepare seu cérebro para algumas matemáticas incríveis.

Método Parallax

Você notou como sempre que você olha para fora da janela de um veículo em movimento, os objetos mais perto de você zumbido de forma extremamente rápida, mas os objetos mais distantes parecem se mover lentamente em comparação? Isso é chamado de efeito de paralaxe. Do mesmo jeito, quando estamos girando em torno do Sol, a posição das estrelas mais próximas da Terra se move de forma constante de uma posição para outra, enquanto as estrelas mais afastadas não parecem se mover tanto. Usando esse princípio, os astrônomos podem calcular a distância das estrelas vizinhas com bastante precisão.

Paralaxe efeito

Primeiro, um astrônomo observa a posição dessa estrela no céu noturno. Então, após 6 meses, a posição da mesma estrela é novamente medida. Lembre-se que depois de 6 meses, o planeta está agora do outro lado do Sol! Devido ao efeito de paralaxe, a posição da estrela muda no céu noturno. Então, o ângulo de paralaxe é calculado após comparar as duas posições.

Existe uma relação clara entre o ângulo de paralaxe e a distância da estrela. Esta relação, que pode ser estabelecida por trigonometria simples, é …

 

[A matemática por trás dessa equação é bastante fácil. Para calcular a distância à estrela, desenhamos uma linha perpendicular da posição do Sol à estrela. Conhecemos a distância da Terra ao Sol e conhecemos o ângulo de paralaxe. Usando a trigonometria, podemos derivar tanA = oposto / adjacente, onde A é o ângulo de paralaxe, o lado oposto é a distância da Terra ao Sol, e o lado adjacente é a distância do Sol para a estrela. Assim, p = 1 / d. Portanto, d = 1 / p.]

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paralaxe

A distância entre a Terra e o Sol é considerada como 1 UA (Unidade Astronômica). A mudança na posição da estrela é tão pequena que o ângulo de paralaxe é medido em uma unidade chamada arcseconds, que é um sexto grau. Um arcsecond inteiro levaria a uma distância medida como um parsec único (d = 1 parsec = 1 AU / 1 arcsecond). Ao contrário da crença popular, anos leves não são freqüentemente usados ​​como uma unidade de distância. Os astrônomos realmente preferem a unidade de parsecs! 1 parsec é de aproximadamente 3 anos-luz.

A estrela mais próxima do nosso sistema solar é Alpha Centauri, que fica a quatro anos-luz de distância. Isso significa que não há uma única estrela na distância de 1 parsec exceto o Sol. Assim, podemos concluir que, se você sentir vontade de calcular a distância de qualquer estrela, tenha certeza de que o ângulo de paralaxe será definitivamente inferior a 1 segundo.

Se você já lutou com geometria na escola, você sabe que tentar calcular ângulos muito pequenos pode ser frustrantemente impreciso. O mesmo vale para esse tipo de cálculo. Quanto mais longe a estrela é, mais difícil torna-se medir a mudança em sua posição semestral.

O método de paralaxe, portanto, só pode ser usado para estrelas próximas a 100 parsecs. No entanto, a maioria das estrelas está fora dessa faixa. Mesmo muitas das estrelas em nossa própria galáxia podem estar a mais de 1000 parsecs. Assim…. Como calculamos a distância?

Não sei

O relacionamento de cor / magnitude

Quando você olha para o céu, algumas estrelas aparecem muito mais brilhantes do que outras. O astrônomo grego Hiparcota percebeu isso, e em 150 aC, procurou classificar as estrelas com base no seu brilho. Esta classificação das estrelas com base em seu brilho percebido é chamada de magnitude aparente. Hoje, a escala de Hipparchus foi ajustada para se adequar à barragem de informações astronômicas que temos disponível ao criar uma escala mais intrincada. Nesta escala, o dimmer a estrela aparece, quanto maior a magnitude aparente é. Algumas estrelas observadas pelo telescópio Hubble podem subir até 30 nesta escala, enquanto o Sol tem uma magnitude aparente de -26,8.

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Magnitude aparente

No entanto, a magnitude aparente pode ser muito enganosa. Se houver uma estrela muito brilhante, mas muito distante, então, parece-nos escasso. No entanto, uma estrela fraca pode ser percebida como realmente brilhante se for mais próxima da Terra. O brilho real de uma estrela é chamado de luminosidade. A luminosidade é a quantidade de energia que uma estrela produz a cada segundo. As diferentes luminosidades das estrelas não são medidas em magnitudes aparentes, mas sim em magnitudes absolutas.

Mas espere um minuto! Se tentarmos comparar as duas magnitudes, podemos fazer uma estimativa de quão longe a estrela poderia ser de nós. Pense nisso. Imagine um carro indo direto para você. Se você conhece o brilho real do farol, então você pode facilmente entender a distância do carro com você, de acordo com a luz brilhante que a luz em direção a você parece.

Ao longo dos anos, a relação entre a magnitude aparente e a magnitude absoluta foi derivada matematicamente para ser:

 Onde  É a distância medida em parsecs.

Phew. Então … agora que temos ambas as magnitudes, temos uma maneira perfeita de calcular distâncias estelares e todos vivem felizes para sempre … certo?

Não, segure um segundo. Nós ainda não temos uma maneira perfeita de estabelecer qual é a magnitude absoluta de uma estrela.

não acabou

Obviamente, ao contrário do farol de um carro, não podemos ir ao lado de uma estrela para determinar sua luminosidade. Então, como podemos gerenciá-lo? Uma das maneiras é analisando a cor da estrela. As estrelas podem ser brancas, azuis, vermelhas ou até amarelas.

Mas todas as estrelas não parecem brancas? Como sabemos quais são azuis e quais são vermelhas? Os astrônomos determinam a cor ao olhar através de filtros de cores. Se uma estrela parece mais brilhante quando olhou através de um filtro azul e não tão brilhante quando olhou através de um filtro vermelho, então é uma estrela branca ou azul e vice-versa.

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Ok, então agora nós conhecemos a cor da estrela. As estrelas brancas ou azuis são geralmente muito mais brilhantes que as estrelas amarelas e as estrelas amarelas são mais brilhantes do que as estrelas vermelhas. Basicamente, a cor de uma estrela determina a temperatura da superfície.

Starcolours

E é assim que, senhoras e cavalheiros, determinamos a magnitude absoluta das estrelas que nos são visíveis!

Agora que conhecemos a aparente magnitude e magnitude absoluta de uma estrela, podemos finalmente calcular a distância estelar de uma estrela com a equação!

Yaaaas

Variáveis ​​Cepheid

No entanto, e quanto ao cálculo das distâncias entre as galáxias? As galáxias não têm um único comprimento de onda de luz, então, como podemos medir distâncias tão vastas?

Felizmente, o universo nos dotou de variáveis ​​Cepheid. Estes são tipos de estrelas que estão perto de suas mortes. Eles são extremamente brilhantes – tão brilhantes, de fato, que podem ser analisados ​​individualmente a partir de uma galáxia distante. Eles também pulsam em períodos recorrentes. Esses períodos estão diretamente relacionados ao seu brilho. Basicamente, um Cepheid realmente brilhante levaria muito tempo para pulso e vice-versa.

Relação entre luminosidade / magnitude absoluta de uma estrela constante cefeid e o período entre seus pulsos

Relação entre luminosidade / magnitude absoluta de uma estrela variável Cepheid e o período entre seus pulsos

Ao estudar os pulsos, podemos determinar a magnitude absoluta do Cepheid. Agora que conhecemos a magnitude absoluta, podemos usar a equação anterior para descobrir a distância da estrela, bem como a distância da galáxia de nós.

Finalmente! Agora podemos calcular oficialmente as distâncias gigantes entre as galáxias!

finalmente

Além de todas estas explicações acima, existem muitos outros métodos que os astrônomos continuam a medir para medir distâncias estelares. No entanto, ainda estamos trabalhando com estimativas e não desenvolvemos uma maneira perfeita de fazer isso. Às vezes, as estrelas estão tão longe que até temos que levar em conta a expansão do universo! Isso não importa embora … ainda não irá dissuadir todos esses astrônomos inclinados matematicamente a enfrentar o desafio.

Referências:

  1. Como posso medir a distância de uma estrela? – Pergunte aos Astrônomos – Universidade Cornell
  2. Medindo distâncias para estrelas – Earthguide, University of California, San Diego
  3. Como medir as distâncias das estrelas – EarthSky.
  4. Como as coisas funcionam

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