Posted by: Aba Cohen | November 12, 2011

Evolução Estelar

O tema deste artigo assim como outros de igual profundidade e elegância científica são apresentados e discutidos no curso “Einstein no Terceiro Milênio”, conduzido pelo titular deste blog, tendo importante participação o prof Alaor Chaves, autor do artigo. Para saber mais sobre o curso, programa e turmas sendo montadas, cliqueaqui

Este é o primeiro post da série “Pílulas de Universo”, em que divulgamos artigos do prof. Alaor Chaves-UFMG sobre o tema.  O autor explica aqui o sugimento das estrelas e galáxias comparando as interações gravitacionais com as eletromagnéticas e nucleares fraca e forte. Trata também da formação dos núcleos atômicos, a partir dos prótons  -ou núcleos do hidrogenio- gerando outros núcleos mais pesados (nucleosíntese), numa série que vai até o núcleo 56Fe, fala em especial do deutério, trício e hélio-4 e as respectivas energias liberadas,  para daí classificar as estrelas em função de seus brilhos, massas e raios. A evolução das estrelas passando pelas fases de gigante vermelha e anãs brancas é exemplificada para o caso específico do que deverá ocorrer com o Sol; para casos de massas maiores são apresentadas as condições para se formar supernovas, estrelas de neutrons e buracos negros.

evolução do Sol  desde o nascimento à fase anã branca – fonte Wikipedia

Clique aqui e acesse ao post “Evolução Estelar” de Alaor Chaves

O segundo artigo desta série, de mesma autoria, denominado “Supernova” mostra o caso particular da vida de estrelas de grande massa cuja evolução passa por uma explosão com grande perda de massa, capaz de gerar os núcleos atômicos acima do 56Fe. O material remanescente dessa explosão sendo capaz de gerar, estrelas de neutrons e buracos negros, dentre outros. Acesse ao segundo artigo desta série clicando aqu  ou rolando para o post que se encontra abaixo deste)


Responses

  1. Parabens ao prof. Aba Cohen por colocar em seu blog posts do prof. Alaôr que são verdadeiras aulas de cosmologia.
    E isso vale também para a “aula” Evolução Estelar.
    Mas confesso que não resistí à tentação de substituir a primeira frase desse texto pela seguinte:
    A formação de grandes estruturas no Universo é causada e determinada pelo potencial gravitacional das massas nele existentes.
    Isso mudaria o enfoque de força gravitacional para campo gravitacional e, por via de conseqüência, mudaria o enfoque newtoniano para o enfoque einsteiniano de gravitação mais condizente com o atual modelo padrão cosmológico.
    Poderíamos associar o universo a um fluido constituido por nuvens de gases que se condensam em nebulosas, galáxias, estrelas e sistemas planetários.
    Se alguma super molécula desse gás apresentar um equilíbrio instável, seu campo gravitacional vai reter todas as outras moléculas que passarem em sua vizinhança e que tenham velocidades muito próximas da sua.
    A condensação resultante deverá manter a velocidade original de tal super molécula. A distribuição final de velocidades no sistema assim constituido resulta na formação de uma fase do espaço com densidade aproximadamente uniforme e com volume total definido pelo volume das moléculas cujas velocidades são inferiores à velocidade de escape.
    As flutuações locais de densidade da matéria em torno da densidade média
    observada do Universo acarretariam diferenças de potencial gravitacional suficientes para romper o equilíbrio de um Universo estático.
    As equações de campo de Einstein mostram que essa ruptura de equilíbrio pode se dar tanto no sentido de colapsar o Universo como no sentido de expandí-lo.
    Essa forma de conceituar a formação do universo elimina a dificuldade de se admitir a existência de uma força gravitacional que atua sempre no sentido de colapsar o universo.

    • Olá Léo, passarei para o prof Alaor a informação de seus comentários e certamente ele as responderá neste espaço.

    • Léo,

      acho que sua frase inicial é boa e adequada. Mas eu me perdi um pouco no restante da sua exposição.

  2. A minha pergunta dirigida ao prof. Alaôr é a seguinte: o atual conhecimento do universo inviabiliza esta forma de pensar?
    A cosmologia se desenvolveu extraordinariamente de 1922 para cá e esse raciocínio é baseado na solução de Friedmann para as equações de campo de Einstein comentadas por Lemaître em artigo publicado na revista Reviews of Modern Physics vol. 21, nº3 de julho de 1949. Um bocado de tempo!
    O artigo tem por título “Cosmological Application of Relativity”.

  3. Prof. Alaôr, o raciocínio completo é o seguinte:
    Para Einstein, os potenciais de gravitação nos confins do Universo deveriam ser grandes o suficiente para evitar que radiações e matéria abandonassem o sistema. Isso exigia um valor muito elevado para o potencial gravitacional nesa região. (Ele partia da presunção de um Universo estacionário).
    Mas a observação do Universo mostra uma densidade de matéria que, embora variando muito nos seus detalhes, na média é a mesma em toda parte. Nesse contexto, o potencial gravitacional dos confins do Universo não poderia ser significativamente diferente do potencial gravitacional do restante do Universo.
    Então, a solução seria representar o conteúdo material e energético do Universo como um fluido perfeito comparando, para esse efeito, o sistema estelar a um gás em movimento térmico estacionário. Nesse caso, pela lei de distribuição de Boltzmann, válida para moléculas gasosas, verifíca-se que a diferença de potencial finita existente entre o ponto central e o infinito espacial corresponde, para as densidades, uma razão finita e, assim sendo, o desvanecimento da densidade no infinito espacial implicaria no desvanecimento da densidade no centro.
    O Universo não teria centro.
    E, para satisfazer a exigência de um Universo sem centro em relação ao campo gravitacional, ele introduziu na equação de Poisson uma constante universal lambda que relaciona o potencial gravitacional com a densidade de matéria existente.
    A solução dessa equação modificada apresenta o potencial gravitacional em função da densidade uniforme de matéria e da constante lambda. Essa solução corresponde a uma expansão até o infinito do espaço central uniformemente cheio de matéria.
    O Universo assim constituido também não teria centro em relação ao campo gravitacional.
    Imagine-se agora que a distribuição de matéria não se apresente localmente uniforme, mantendo-se porém o valor da densidade média de distribuição.
    Observa-se então, uma flutuação de densidades que garantiriam um raio de equilíbrio para o Universo. Equíbrio dinâmico.
    Assim, as flutuações locais de densidade de matéria em torno do valor médio dividiriam o campo gravitacional em regiões de repulsão e em regiões de atração permitidas pela condição de simetria.
    O valor da constante lambda deveria ser muito pequeno para contrabalançar essas duas regiões.
    A solução de Friedmann para as equações de campo mostrou que essa flutuação não etaria condicionada apenas a pequenas variações locais do raio de equilíbrio.
    Se o Universo se expande ligeiramente, tal expansão provoca um vácuo e a energia do vazio causa ainda um incremento nessa expansão. Uma distribuição crítica de matéria local poderia acarretar um incremento de expansão tal que o raio de equilíbrio seja ultrapassado o que permitiria ao universo continuar se expandindo.
    A solução mostra que essa expansão está condicionada a um fator de escala A(t) que pode ser considerado como uma lei de variação do rio da esfera que contém o espaço.
    Soluções para um Universo em colapso também são premitidas considerando-se A(t) decrescendo com o tempo.
    Isso para Einstein “detonou” a constante cosmológica lambda e o fez considera-la o maior erro de sua vida de cientista.


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