Massivo significa grande, menos massivo significa pequeno, certo? Não é tão simples quando se trata de estrelas e seus tamanhos. Se compararmos o planeta Terra com o Sol, descobrimos que é possível colocar 109 de nossos planetas um sobre o outro, apenas para pavimentar o caminho de uma ponta a outra da estrela. Mas existem estrelas menores do que a Terra e muito, muito maiores do que a órbita da Terra em torno do Sol. Como isso é possível? O que determina o tamanho de uma estrela? Por que os “sóis” são tão diferentes?
A questão não é fácil, porque dificilmente vemos o tamanho de uma estrela.
Uma visão telescópica profunda das estrelas no céu noturno mostra claramente estrelas de vários tamanhos e brilho, mas todas as estrelas são mostradas como pontos. A diferença de tamanho é uma ilusão de ótica associada à saturação das câmeras de observação
Mesmo em um telescópio, a maioria das estrelas parecem simples pontos de luz devido às distâncias gigantescas até nós. Suas diferenças de cor e brilho são fáceis de ver, mas o tamanho é exatamente o oposto. Um objeto de certo tamanho a uma certa distância terá o chamado diâmetro angular: o tamanho aparente que um objeto ocupa no céu. A estrela mais próxima do Sol, Alpha Centauri A, está a apenas 4,3 anos-luz de distância e 22% maior que o Sol em raio.
Duas estrelas semelhantes ao Sol, Alpha Centauri A e B, estão localizadas a apenas 4,37 anos-luz de nós e orbitando uma à outra a uma distância entre Saturno e Netuno. Mesmo nesta imagem do Hubble, eles aparecem simplesmente como fontes pontuais supersaturadas; nenhum disco visível
No entanto, parece-nos que seu diâmetro angular é de apenas 0,007 ”, ou segundos de arco. Um minuto de arco consiste em 60 segundos de arco; 60 minutos de arco é 1 grau e 360 graus é um círculo completo. Mesmo um telescópio como o Hubble pode ver apenas 0,05“; existem muito poucas estrelas no Universo que um telescópio pode realmente "ver" em uma resolução decente. Normalmente, essas são estrelas gigantes próximas, como Betelgeuse ou R Doradus - as maiores estrelas em todo o céu em termos de diâmetro angular.
Uma imagem de rádio da enorme estrela Betelgeuse. Uma das poucas estrelas que vemos como mais do que uma fonte pontual da Terra
Felizmente, existem medidas indiretas que nos permitem calcular o tamanho físico de uma estrela, e elas são incrivelmente esperançosas. Se você tem um objeto esférico que se torna tão quente que emite radiação, a quantidade total de radiação emitida por uma estrela é determinada por dois parâmetros: a temperatura do objeto e seu tamanho físico. A razão para isso é que o único lugar que emite luz no Universo é a superfície de uma estrela, e a área da superfície de uma esfera é sempre calculada usando a mesma fórmula: 4πr2, onde r é o raio da esfera. Se você pode medir a distância até essa estrela, sua temperatura e brilho, você conhece seu raio e, portanto, seu tamanho, simplesmente porque essas são as leis da física.
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Close-up do gigante vermelho UY Scuti, processado com o telescópio do Observatório Rutherford. Esta estrela brilhante pode ser apenas um "ponto" para a maioria dos telescópios, mas na verdade é a maior estrela conhecida pela humanidade.
Quando fazemos observações, vemos que algumas estrelas têm apenas algumas dezenas de quilômetros de tamanho, enquanto outras têm 1.500 vezes o tamanho do Sol. Entre as estrelas supergigantes, a maior é UY Scuti com um diâmetro de 2,4 bilhões de quilômetros, que é maior do que a órbita de Júpiter ao redor do sol. Claro, esses exemplos incríveis de estrelas não podem ser julgados pela maioria. O tipo mais comum de estrelas são estrelas da sequência principal como o nosso Sol: uma estrela que é feita de hidrogênio e obtém sua energia da síntese de hidrogênio em hélio em seu núcleo. E eles vêm em muitos tamanhos diferentes, dependendo da massa da própria estrela.
Uma jovem região de formação de estrelas em nossa Via Láctea. Conforme as nuvens de gás são compactadas pela gravidade, as protoestrelas aquecem e tornam-se mais densas até que a fusão finalmente comece em seus núcleos.
Quando você forma uma estrela, a contração gravitacional converte a energia potencial (energia potencial gravitacional) em partículas cinéticas (calor / movimento) no centro da estrela. Se houver massa suficiente, a temperatura ficará alta o suficiente para inflamar a fusão nuclear nas regiões mais internas, onde os núcleos de hidrogênio são convertidos em hélio em uma reação em cadeia. Em uma estrela de baixa massa, apenas uma pequena fração do próprio centro atingirá o limiar de 4.000.000 de graus e a fusão começará e ocorrerá lentamente. Por outro lado, as estrelas maiores podem ter centenas de vezes mais massa do que o Sol e atingir temperaturas centrais de várias dezenas de milhões de graus, fundindo hidrogênio em hélio a uma taxa milhões de vezes mais rápida que a do nosso Sol.
O atual sistema de classificação espectral Morgan-Keenan com a faixa de temperatura de cada classe de estrelas mostrada acima em Kelvin. A grande maioria das estrelas (75%) são estrelas da classe M, das quais apenas 1 em 800 são massivas o suficiente para se tornarem supernovas
As estrelas menores têm o menor fluxo externo e pressão de radiação, e as mais massivas têm os maiores. Essa radiação e energia externas impedem a estrela do colapso gravitacional, mas pode surpreendê-lo que o alcance seja relativamente estreito. As estrelas menores, anãs vermelhas como Proxima Centauri e VB 10, respondem por apenas 10% do tamanho do Sol, um pouco maiores que Júpiter. Mas o maior gigante azul, R136a1, tem 250 vezes a massa do Sol, mas apenas 30 vezes maior em diâmetro. Se você sintetizar hidrogênio em hélio, a estrela não mudará muito de tamanho.
Mas nem toda estrela sintetiza hidrogênio em hélio. As menores estrelas não sintetizam absolutamente nada, e as maiores estão em um estágio muito mais energético de suas vidas. Podemos dividir as estrelas em tipos por tamanho e destacar cinco classes gerais
Estrelas de nêutrons: remanescentes de supernovas contendo uma massa de um a três sóis, mas comprimidos em um núcleo atômico gigante. Ainda emitem radiação, mas em pequenas quantidades devido ao seu tamanho. Uma estrela de nêutrons comum tem 20-100 quilômetros de tamanho.
Estrelas anãs brancas: formadas quando uma estrela parecida com o sol queima o último combustível de hélio em seu núcleo e as camadas externas aumentam conforme as camadas internas se contraem. Normalmente, uma estrela anã branca tem de 0,5 a 1,4 vezes a massa do Sol, mas em volume físico está perto da Terra: cerca de 10.000 quilômetros de diâmetro, consistindo de átomos altamente comprimidos.
Estrelas da sequência principal: incluem anãs vermelhas, estrelas semelhantes ao sol e as gigantes azuis que mencionamos anteriormente. Seus tamanhos são muito diferentes, de 100.000 quilômetros a 30.000.000 quilômetros. Mas mesmo a maior dessas estrelas, se colocada no lugar do Sol, não engolirá Mercúrio.
Red Giants: Mostra o que acontece quando o núcleo fica sem hidrogênio. A menos que você seja uma anã vermelha (nesse caso, você simplesmente se tornará uma anã branca), a contração gravitacional aquecerá seu núcleo o suficiente para começar a fundir o hélio em carbono. A fusão de hélio em carbono emite muito mais energia do que a fusão de hidrogênio em hélio, então a estrela está se expandindo muito. A física é que a força de saída (radiação) na borda da estrela deve equilibrar a força de entrada (gravidade) para que a estrela seja estável, e quanto maior a força que tende para fora, maior será a estrela. Os gigantes vermelhos têm geralmente 100-150 milhões de quilômetros de diâmetro. Isso é o suficiente para engolir Mercúrio, Vênus e possivelmente a Terra.
Estrelas supergigantes: as estrelas mais massivas que acabam fundindo hélio e começam a fundir elementos ainda mais pesados em seus núcleos: carbono, oxigênio, silício e enxofre. Essas estrelas estão condenadas a se tornar supernovas ou buracos negros, mas antes disso irão aumentar para bilhões de quilômetros ou mais. Entre elas estão as maiores estrelas como Betelgeuse, e se colocarmos tal estrela no lugar de nosso Sol, ela engolirá todos os nossos planetas sólidos, o cinturão de asteróides e até Júpiter.
O sol ainda é relativamente pequeno em comparação com os gigantes, mas crescerá até o tamanho de Arcturus em sua fase de gigante vermelha
Para as menores estrelas de todas, como estrelas de nêutrons e anãs brancas, a regra é que a energia aprisionada só pode escapar por uma pequena área de superfície que as mantém brilhantes por muito tempo. Mas para todas as outras estrelas, o tamanho é determinado por um equilíbrio simples: a força da radiação que sai da superfície deve ser igual à atração gravitacional interna. Grandes forças de radiação significam que a estrela aumenta para um tamanho grande, com as estrelas maiores atingindo bilhões de quilômetros.
A Terra, se os cálculos estiverem corretos, não será engolida pelo Sol na fase de gigante vermelha. Mas o próprio planeta ficará muito, muito quente
Conforme o sol envelhece, seu núcleo se aquece, se expande e fica mais quente com o tempo. Em um a dois bilhões de anos, estará quente o suficiente para ferver os oceanos da Terra se não colocarmos o planeta em uma órbita mais segura. Em algumas centenas de milhões de anos, o Sol será grande e brilhante. Mas vamos encarar os fatos: não importa o quão grande nosso Sol se torne, ele nunca se tornará mais massivo do que as estrelas de nêutrons e as maiores supergigantes, mesmo que seja maior.
ILYA KHEL
