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AGA 2911
29/05/07
Estrelas Variáveis
Antonio Mário MagalhãesIAG-USP
http://astroweb.iag.usp.br/~mario/aga291/
ftp://astroweb.iag.usp.br/pub/mario/Talks/aga291/
29/05/07 AGA 2912
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Classificação Estrelas c/ magnitude
variável Importância:
– Dicas de detalhes sobre estrutura estelar
– Indicadores de Distância e Idade
Exemplos históricos– SN de Tycho – 1572– omicron (ο) Ceti –
descoberta em 1596
Conhecidas ~ 40,000 variáveis ou suspeitas
R Scorpii & S ScorpiiKarttunen
29/05/07 AGA 2913
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Classificação (cont.) Causas:
– Pulsações – Manchas quentes e
frias na superfície + rotação
– Explosões
Variabilidade espalhada ao longo do Diagrama H-R
Variáveis no Diagrama H–R
Karttunen
29/05/07 AGA 2914
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Classificação (cont.) Designação
– Numa dada constelação: Letras gregas por ordem de
brilho
Ex. αα Orionis Orionis ≡ BetelgeuseBetelgeuse
– Normalmente: Primeiras 9 => R … Z Seguintes 10 … 18 => RR …
RZ 8 => SS … SZ etc.
– Isto permite
9 + = 9 +
= 334 estrelas
– Seguintes: V335, V336, etc.
29/05/07 AGA 2915
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Classificação (cont.) Classificação é feita
baseada em:– forma da curva de luz– classe espectral– movimento radial da
superfície
Tipos Principais– Eclipsantes
Estrelas binárias
– Pulsantes Regulares de longo período
– Eruptivas Novas Supernovas
– Outras T Tauri Estrelas Flare
Curva de luz de uma Variável(Karttunen)
Karttunen
Vibrações num tubo e numa estrela(Carroll & Ostlie)
29/05/07 AGA 2916
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Variáveis Pulsantes Devido à expansão e
contração das camadas externas– Mudanças observadas
pelo efeito Doppler– Velocidade do gás: 40-
200 km/s– Raio muda mas
mudança de brilho é principalmente devida à Te (F ∝ Teff
4)
Curva de luz de Mira, 1953–1995(AAVSO)
Karttunen
29/05/07 AGA 2917
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Variáveis Pulsantes Devido à expansão e
contração das camadas externas– Mudanças observadas
pelo efeito Doppler– Velocidade do gás: 40-
200 km/s– Raio muda mas
mudança de brilho é principalmente devida à Te (F ∝ Teff
4)
Mira (= ο Ceti, observada pelo HST(M. Karovska)
NASA
0.6”= 70 UA
29/05/07 AGA 2918
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Variáveis Pulsantes Cefeidas e RR LyraeCefeidas e RR Lyrae
– São estrelas gigantes– CefeidasCefeidas: tipo espectral
F e G População I: -6 < MV < -2 População II: -3 < MV < 0
(W Virginis)
– RR LyraeRR Lyrae: tipo espectral A e F
População II MV ≈ 0.5
– Períodos de Pulsação Pulsação RegularRegularCefeidas: ~1 dia a ~100 diasRR Lyr: ~1.5h a ~ 1 dia
Karttunen
29/05/07 AGA 2919
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Variáveis Pulsantes• Indicadores de distânciaIndicadores de distância
– Correlação forte entre período de pulsação e brilho intrínseco:Relação Período-Relação Período-LuminosidadeLuminosidade
• Relação P-L para CefeidasCefeidas:– Quase linear em MV (ie.,
log L) vs. log P– Curvas paralelas para Tipo
I e Tipo II– Tipo I ≈ 4x mais brilhante
que Tipo II• Relação P-L para RR LyraeRR Lyrae
– MV ≈ 0.5 independente do Período
– Importante indicador para Aglomerados Globulares
Relação Período–Luminosidade p/ Cefeidas
Karttunen
29/05/07 AGA 29110
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Variáveis Pulsantes• Estes dados permitem:
– identificar a variável medir o período P com P, achar magnitude
absoluta achar a distância!
– Ex.Cefeida comperíodo P = 20d e <V> = 20
– Da figura MV = -5 m – M = 5 log(r/10)
r = 1010(m-M)/5 = 106 pc = 1 Mpc
adap. do Karttunen
Movie: cefeidas em M100 com o Hubblehttp://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/1994/49/video/a
29/05/07 AGA 29111
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Variáveis Pulsantes
Movie: cefeidas em M100 com o Hubblehttp://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/1994/49/video/a
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29/05/07 AGA 29112
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Variáveis Pulsantes• Manutenção das
Pulsações– devidas a zonas de
ionização na atmosfera
– H e He parcialmente ionizados
– opacidade:
aumenta/diminui c/ ρρ(T não muda muito)
• Em estrelas com
6000 K < Te < 9000 K– zonas de ionização na
atmosfera a profundidades apropriadas
Carroll & Ostlie
Modo fundamental é excitado
1o. harmônico é excitado
Pulsações não acontecem
29/05/07 AGA 29113
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Variáveis Pulsantes• Mecanismo de Pulsação
de uma Cefeida
– Válvula de He+
– Estrela aumenta de brilho logo após mínimo de raio Raio de equilíbrio
adapt. de Renssalear
29/05/07 AGA 29114
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Variáveis Pulsantes MirasMiras
– Gigantes vermelhas (Te~2000K)
– protótipo: οο Cet Cet (= Mira Ceti = Maravilha de Cetus)
– Vmax ~ 2mag; Vmin ~10mag
– Estágio ‘Ramo Assintótico das Gigantes’ = ‘AGB’
– Perdem massa 10-6 – 10-8 M/ano por vento
contínuo Matéria visível
posteriormente sob a forma de Nebulosas Planetárias
– Períodos LongosLongos:100d – 500d
Curva de luz de Mira, 1953–1995(AAVSO)
Karttunen
29/05/07 AGA 29115
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Variáveis Pulsantes MirasMiras
– São gigantes vermelhas– protótipo: οο Cet Cet (= Mira
Ceti = Maravilha de Cetus)
– Vmax ~ 2mag; Vmin ~10mag
– Períodos Longos (100–500 d)
– Estágio ‘Ramo Assintótico das Gigantes’ = ‘AGB’
– Perdem massa 10-6 – 10-8 M/ano por vento
contínuo Matéria visível
posteriormente sob a forma de
Proto-Nebulosas Planetárias
Nebulosas Planetárias
29/05/07 AGA 29116
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Variáveis Eruptivas NovasNovas
– Variação rápida (dias) e grande (7 – 16 mag)
– Três tipos:Comuns explosão maior, Δm ≥ 10–
16 mag
Recorrentes Δm ≤ 10 mag, Δt ~
décadas
Anãs Δm ≤ 2 – 6 mag, Δt ~ 200 –
600 d
– São binárias próximasbinárias próximas– Depois que H suficiente
acretou na sup. da Anã Branca Erupção da Nova
Ilustração de uma Nova
Karttunen
29/05/07 AGA 29117
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Variáveis Eruptivas NovasNovas
– Variação rápida (dias) e grande (7 – 16 mag)
– Três tipos:Comuns
explosão maior, Δm ≥ 10–16 mag
Recorrentes Δm ≤ 10 mag, Δt ~
décadas
Anãs Δm ≤ 2 – 6 mag, Δt ~ 200
– 600 d
– São binárias próximasbinárias próximas– Depois que H suficiente
acretou na sup. da Anã Branca Erupção da Nova
Nova Cygni 1975 = V1500 Cyg
Karttunen
29/05/07 AGA 29118
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Variáveis Eruptivas NovasNovas
– Variação rápida (dias) e grande (7 – 16 mag)
– Três tipos:Comuns explosão maior, Δm ≥ 10–
16 mag
Recorrentes Δm ≤ 10 mag, Δt ~
décadas
Anãs Δm ≤ 2 – 6 mag, Δt ~ 200 –
600 d
– São binárias próximasbinárias próximas– Depois que H suficiente
acretou na sup. da Anã Branca Erupção da Nova
Ilustração de uma Nova
Bless
29/05/07 AGA 29119
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Variáveis EruptivasNovas (cont.) Disco pode ser estudado
– linhas espectrais
Frequentemente, o gás em expansão é aparente– Medindo-se velocidade
de expansão vr por Doppler
– Medindo-se movimento próprio de expansão do envelope, μ v = [distância d] μ
d (pc)d (pc) = vr (km/s) / 4.74 μ (“/ano)
Magnitude AbsolutaMagnitude Absoluta!
T Pyxidis
Carroll & Ostlie
29/05/07 AGA 29120
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Variáveis Eruptivas SupernovasSupernovas
– Em alguns dias, Δm ~ 20 mag
– Quatro tipos principaisTipo IaTipo Ia:
Sistema binárioSistema binário com Anã Branca de CO
Separação ≤ 3 R
AB ganha Massa da companheira
nucleosíntese até o 56Fe explosão (MB = –19.2±0.2)
Tipo Ib, IcTipo Ib, Ic: Estrelas que começaram
na SP com M ≥ 20 M
Sem ou pouco H no espectro
Tipo IITipo II: Espectro de emissão com H Em galáxias espirais estrelas massivas cujo núcleo
colapsa
ObservacionalmenteObservacionalmente: Tipo Ia: sem linhas de H, sem
linhas de He, linhas fortes de Si Tipo Ib: sem linhas de H, linhas
fortes de He , sem linhas de Si Type Ic: sem linhas de H, sem
linhas de He, sem linhas de Si
Sugestão de atividade: http://
www.astro.washington.edu/labs/clearinghouse/labs/Propsn/propsn.html
29/05/07 AGA 29121
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Variáveis EruptivasSupernovas (cont.)Supernovas (cont.) Ex. SN 1987A na Grande
Nuvem de Magalhães
– Espectro de Tipo II
– d = 52 kpc
– Detecção de neutrinos Estrela de Neutrons
formada!
– entretanto, nenhum pulsar observado até o momento
SN 1987A antes e depois da explosão
Karttunen
29/05/07 AGA 29122
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Variáveis EruptivasSupernovas (cont.)Supernovas (cont.)• SN 1987a (cont.)
– Curva de luz decaiu exponencialmente
t1/2 = 77 d
– Explicação Curva de luz energizada por
Raios-γ:
56Ni → 56Co + e+ + ν + γ (t1/2 =
6.1 d) 56Co → 56Fe + e+ + ν + γ
(t1/2 = 77.1 d)
onde os núcleos instáveis foram criados no colapso e ejetados.
– Das observações 0.07 M de 56Ni foram criados; OK com modelos de nucleosíntese.
Curva de luz da SN 1987A nos primeiros 5 anos
Longair
29/05/07 AGA 29123
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Importância das Variáveis Supernovas de Tipo IISupernovas de Tipo II:
– formam elementos mais pesados que o 56Fe
– ejetam materiais no Meio Interestelar
gerações posteriores de estrelas enriquecidas em metais
• MirasMiras também contribuem com materiais– criados por captura
lenta de neutrons– trazidos à superfície– ejetados pelo vento
estelar (gás e poeira)
29/05/07 AGA 29124
AGA 291 – Estrelas Variáveis
Referências• Livros
Além dos abaixo, é recomendado:• Carroll & Ostlie, Introduction to Modern
Astrophysics, Addison–Wesley, 1966.
• Créditos das FigurasAs figuras indicadas foram tomadas com autorização
das seguintes publicações (a não ser quando notado de outra forma junto à figura):
Karttunen et al., Fundamental Astronomy, Springer, 3rd ed., 1996.
Bless, Discovering the Cosmos, University Science Books, 1996.
Longair, Our Evolving Universe, Cambridge, 1996.
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