ESTRELAS: CARACTERÍSTICAS, COMO SÃO FORMADAS, CICLO DE VIDA, ESTRUTURA - CIÊNCIA - 2025

Uma estrela é um objeto astronômico composto de gás, principalmente hidrogênio e hélio, e mantido em equilíbrio graças à força da gravidade, que tende a comprimi-la, e à pressão do gás, que a expande.

Nesse processo, uma estrela produz enormes quantidades de energia a partir de seu núcleo, no qual existe um reator de fusão que sintetiza hélio e outros elementos a partir do hidrogênio.

Figura 1. As Plêiades, na constelação de Touro, visíveis durante o inverno do norte, constituem um aglomerado de cerca de 3.000 estrelas a 400 anos-luz de distância. Fonte: Wikimedia Commons.

Nessas reações de fusão, a massa não é totalmente conservada, mas uma pequena porção é convertida em energia. E como a massa de uma estrela é enorme, mesmo quando é uma das menores, também o é a quantidade de energia que ela emite por segundo.

Características das estrelas

As principais características de uma estrela são:

- Massa: altamente variável, variando de uma pequena fração da massa do Sol a estrelas supermassivas, com massas várias vezes superiores à massa solar.

- Temperatura: também é uma quantidade variável. Na fotosfera, que é a superfície luminosa da estrela, a temperatura está na faixa de 50000-3000 K. Enquanto no centro atinge milhões de Kelvin.

- Cor: intimamente relacionada com a temperatura e a massa. Quanto mais quente é uma estrela, mais azul é sua cor e, inversamente, quanto mais fria ela é, mais tende para o vermelho.

- Luminosidade: depende da potência irradiada pela estrela, que normalmente não é uniforme. As estrelas mais quentes e maiores são as mais luminosas.

- Magnitude: é o brilho aparente que eles têm quando vistos da Terra.

- Movimento: as estrelas têm movimentos relativos em relação ao seu campo, bem como movimento rotacional.

- Idade: as estrelas podem ser tão velhas quanto o universo - cerca de 13,8 bilhões de anos - e tão jovens quanto 1 bilhão de anos.

Como as estrelas se formam?

O Sol, uma das milhões de estrelas da Via Láctea.

As estrelas são formadas a partir do colapso gravitacional de enormes nuvens de gás cósmico e poeira, cuja densidade flutua constantemente. O material primordial nessas nuvens é o hidrogênio molecular e o hélio, e também vestígios de todos os elementos conhecidos na Terra.

O movimento das partículas que compõem essa enorme quantidade de massa espalhada no espaço é aleatório. Mas de vez em quando a densidade aumenta ligeiramente em um ponto, causando compressão.

A pressão do gás tende a desfazer essa compressão, mas a força gravitacional, aquela que une as moléculas, é um pouco maior, porque as partículas estão mais próximas e assim neutraliza esse efeito.

Além disso, a gravidade é responsável por aumentar ainda mais a massa. E conforme isso acontece, a temperatura aumenta gradualmente.

Agora imagine esse processo de condensação em grande escala e com todo o tempo disponível. A força da gravidade é radial e a nuvem de matéria assim formada terá uma simetria esférica. É chamado de proto-estrela.

Além disso, essa nuvem de matéria não é estática, mas gira rapidamente conforme o material se contrai.

Com o tempo, um núcleo se formará em temperatura muito alta e enorme pressão, que se tornará o reator de fusão da estrela. Para isso é necessária uma massa crítica, mas quando isso acontece, a estrela atinge o equilíbrio e, assim, começa, por assim dizer, sua vida adulta.

A massa e subsequente evolução das estrelas

O tipo de reações que podem ocorrer no núcleo dependerá da massa que ele possui inicialmente, e com ela da evolução subsequente da estrela.

Para massas menores que 0,08 vezes a massa do Sol - 2 x 10 30 kg aproximadamente - a estrela não se formará, pois o núcleo não se acenderá. O objeto assim formado resfriará gradualmente e a condensação diminuirá, dando origem a uma anã marrom.

Por outro lado, se a protoestrela for muito grande, ela também não alcançará o equilíbrio necessário para se tornar uma estrela, então entrará em colapso violento.

A teoria da formação de estrelas por colapso gravitacional se deve ao astrônomo e cosmólogo inglês James Jeans (1877-1946), que também propôs a teoria do estado estacionário do universo. Hoje, essa teoria, que afirma que a matéria é criada continuamente, foi descartada em favor da teoria do Big Bang.

Ciclo de vida das estrelas

Como explicado acima, as estrelas são formadas pelo processo de condensação de uma nebulosa feita de gás e poeira cósmica.

Esse processo leva tempo. Estima-se que isso aconteça entre 10 e 15 milhões de anos, enquanto a estrela adquire sua estabilidade final. Assim que a pressão do gás expansivo e a força compressiva da gravidade se equilibram, a estrela entra no que é chamado de sequência principal.

De acordo com sua massa, a estrela está localizada em uma das linhas do diagrama de Hertzsprung-Russell ou diagrama HR, para abreviar. Este é um gráfico que mostra as diferentes linhas de evolução estelar, todas elas ditadas pela massa da estrela.

Neste gráfico, as estrelas são classificadas de acordo com sua luminosidade com base em sua temperatura efetiva, conforme mostrado abaixo:

Figura 2. Diagrama de RH, criado de forma independente pelos astrônomos Ejnar Hertzsprung e Henry Russell por volta de 1910. Fonte: Wikimedia Commons. ISSO.

Linhas de evolução estelares

A sequência principal é a região quase diagonal que passa pelo centro do diagrama. Lá, em algum ponto, as estrelas recém-formadas entram, de acordo com sua massa.

As estrelas mais quentes, brilhantes e massivas estão no topo e à esquerda, enquanto as estrelas mais frias e menores estão na parte inferior direita.

A massa é o parâmetro que rege a evolução estelar, como já foi dito várias vezes. Na verdade, estrelas muito massivas gastam seu combustível rapidamente, enquanto estrelas pequenas e frias, como as anãs vermelhas, o fazem mais lentamente.

Figura 3. Comparação de tamanhos entre planetas (1 e 2) e estrelas (3,4,5 e 6). Fonte: Wikimedia Commons. Dave Jarvis (https://dave.autonoma.ca/).

Para um ser humano, as anãs vermelhas são praticamente eternas, nenhuma anã vermelha conhecida morreu ainda.

Adjacentes à sequência principal estão as estrelas que, devido à sua evolução, mudaram para outras linhas. Assim, acima estão as estrelas gigantes e supergigantes, e abaixo as anãs brancas.

Tipos espectrais

O que chega até nós de estrelas distantes é sua luz, e de sua análise muitas informações são obtidas sobre a natureza da estrela. Na parte inferior do diagrama HR está uma série de letras que denotam os tipos espectrais mais comuns:

OBAFGKM

As estrelas com temperatura mais alta são O e as mais frias são da classe M. Por sua vez, cada uma dessas categorias é dividida em dez subtipos diferentes, diferenciando-os por um número de 0 a 9. Por exemplo, F5, uma estrela intermediária entre F0 e G0.

A classificação de Morgan Keenan adiciona a luminosidade da estrela ao tipo espectral, com algarismos romanos de I a V. Desse modo, nosso Sol é uma estrela do tipo G2V. Deve-se notar que dada a grande variabilidade das estrelas, existem outras classificações para elas.

Cada classe espectral possui uma cor aparente, de acordo com o diagrama HR da figura. É a cor aproximada que um observador sem instrumentos ou no máximo binóculos veria em uma noite muito escura e clara.

Aqui está uma breve descrição de suas características de acordo com os tipos espectrais clássicos:

Tipo O

Eles são estrelas azuis com tons violetas. Eles se encontram no canto superior esquerdo do diagrama HR, ou seja, são grandes e brilhantes, bem como altas temperaturas de superfície, entre 40.000 e 20.000 K.

Exemplos desse tipo de estrela são Alnitak A, do cinturão da constelação de Orion, visível durante as noites de inverno do norte, e Sigma-Orionis na mesma constelação.

Figura 4. As três estrelas do Cinturão de Órion. Da esquerda para a direita Alnitak, Alnilam e Mintaka. Além disso, ao lado de Alnitak, as nebulosas Flame e Horsehead. Fonte: Wikimedia Commons.

Tipo B

Eles são fáceis de ver a olho nu. Sua cor é branco-azulada, com temperaturas de superfície entre 10.000 -7.000 K. Sirius A, uma estrela binária na constelação de Canis Major, é uma estrela do tipo A, assim como Deneb, a estrela mais brilhante do Cisne.

Tipo F

Têm um aspecto branco tendendo ao amarelo, a temperatura da superfície é ainda mais baixa do que as do tipo anterior: entre 7000 e 6000 K. A estrela polar Polaris, da constelação da Ursa Menor pertence a esta categoria, assim como Canopus, a estrela mais brilhante da constelação Carina, visível muito ao sul do hemisfério norte, durante o inverno do norte.

Tipo G

Eles são amarelos e suas temperaturas estão entre 6.000 e 4.800 K. Nosso Sol se enquadra nesta categoria.

Tipo K

Em princípio, não é fácil descobrir a estrutura interna de uma estrela, já que a maioria delas são objetos muito distantes.

Graças ao estudo do Sol, a estrela mais próxima, sabemos que a maioria das estrelas é formada por camadas gasosas com simetria esférica, no centro da qual existe um núcleo onde ocorre a fusão. Isso ocupa mais ou menos 15% do volume total da estrela.

Ao redor do núcleo há uma camada como um manto ou envelope e por último há a atmosfera da estrela, cuja superfície é considerada seu limite externo. A natureza dessas camadas muda com o tempo e a evolução seguida pela estrela.

Em alguns casos, em um ponto em que o hidrogênio, seu principal combustível nuclear, acaba, a estrela incha e depois expele suas camadas mais externas para o espaço, formando o que é conhecido como uma nebulosa planetária, no centro da qual permanece o núcleo vazio., doravante conhecida como anã branca.

É justamente no envelope da estrela, onde ocorre o transporte de energia do núcleo para as camadas externas.

Figura 5. As camadas do Sol, a estrela mais estudada de todas. Fonte: Wikimedia Commons.

Tipos de estrelas

Na seção dedicada aos tipos espectrais, os tipos de estrelas atualmente conhecidos foram mencionados de maneira muito geral. Isso em termos das características descobertas através da análise de sua luz.

Mas ao longo de sua evolução, a maioria das estrelas viaja na sequência principal e também a deixa, localizando-se em outros ramos. Apenas estrelas anãs vermelhas permanecem na sequência principal por toda a vida.

Existem outros tipos de estrelas que são mencionados com frequência, que descrevemos resumidamente:

Estrelas anãs

É um termo usado para descrever tipos muito diferentes de estrelas, que por outro lado têm seu tamanho pequeno em comum. Algumas estrelas são formadas com massa muito baixa, mas outras que nasceram com massa muito maior tornam-se anãs durante sua vida.

Na verdade, as estrelas anãs são o tipo de estrela mais abundante no universo, portanto, vale a pena nos determos um pouco em suas características:

Anãs marrons

Eles são protoestrelas cuja massa não foi suficiente para iniciar o reator nuclear que impulsiona uma estrela para a sequência principal. Eles podem ser considerados a meio caminho entre um planeta gigante gasoso como Júpiter e uma estrela anã vermelha.

Como não possuem uma fonte de energia estável, eles estão destinados a esfriar lentamente. Um exemplo de anã marrom é Luhman 16 na constelação de Vela. Mas isso não impede que os planetas os orbitem, já que vários foram descobertos até agora.

Anãs vermelhas

Figura 6. Tamanho comparativo entre o Sol, a anã vermelha Gliese 229A, as anãs marrons Teide 1 e Gliese 229 B e o planeta Júpiter. Fonte: NASA via Wikimedia Commons.

Sua massa é pequena, menor que a do Sol, mas sua vida passa na seqüência principal porque gastam cuidadosamente seu combustível. Por isso também são mais frias, mas são o tipo de estrela mais abundante e também o mais longo de todos.

Anãs brancas

É o resto de uma estrela que saiu da sequência principal quando o combustível em seu núcleo acabou, inchando até se tornar uma gigante vermelha. Depois disso, a estrela perde suas camadas externas, reduzindo seu tamanho e deixando apenas o núcleo, que é a anã branca.

O estágio da anã branca é apenas uma fase na evolução de todas as estrelas que não são anãs vermelhas nem gigantes azuis. Estas últimas, sendo tão massivas, tendem a encerrar sua vida em explosões colossais chamadas de nova ou supernova.

A estrela IK Pegasi é um exemplo de anã branca, um destino que pode esperar nosso Sol muitos milhões de anos a partir de agora.

Anãs azuis

São estrelas hipotéticas, ou seja, sua existência ainda não foi comprovada. Mas acredita-se que as anãs vermelhas eventualmente se transformam em anãs azuis quando ficam sem combustível.

Anãs negras

Elas são antigas anãs brancas que esfriaram completamente e não emitem mais luz.

Anãs amarelas e laranja

Estrelas com massa comparável ou menor que a do Sol, mas maiores em tamanho e temperatura do que as anãs vermelhas, às vezes são chamadas assim.

Estrelas de nêutrons

Este é o último estágio da vida de uma estrela supergigante, quando já esgotou seu combustível nuclear e sofre uma explosão de supernova. Devido à explosão, o núcleo da estrela remanescente torna-se incrivelmente compacto, a ponto de elétrons e prótons se fundirem para se tornarem nêutrons.

Uma estrela de nêutrons é tão, mas tão densa, que pode conter até duas vezes a massa solar em uma esfera de cerca de 10 km de diâmetro. Como seu raio diminuiu muito, a conservação do momento angular exige uma velocidade de rotação maior.

Devido ao seu tamanho, são detectados pela intensa radiação que emitem na forma de um feixe que gira rapidamente junto com a estrela, formando o que se conhece como pulsar.

Exemplos de estrelas

Embora as estrelas tenham características em comum, como acontece com os seres vivos, a variabilidade é enorme. Como foi visto, existem estrelas gigantes e supergigantes, anãs, nêutrons, variáveis, de grande massa, de tamanho enorme, cada vez mais perto e mais distantes:

-A estrela mais brilhante no céu noturno é Sirius, na constelação de Canis Major.

Figura 7. Sirius, na constelação de Canis Major, a cerca de 8 anos-luz de distância, é a estrela mais brilhante do céu noturno. Fonte: Pixabay.

-Próxima Centauri é a estrela mais próxima do Sol.

-Ser a estrela mais brilhante não significa ser a mais luminosa, porque a distância conta muito. A estrela mais luminosa conhecida é também a mais massiva: R136a1 pertencente à Grande Nuvem de Magalhães.

-A massa do R136a1 é 265 vezes a massa do Sol.

-A estrela com maior massa nem sempre é a maior. A maior estrela até hoje é UY Scuti na constelação Shield. Seu raio é cerca de 1708 vezes maior que o raio do Sol (o raio do Sol é 6,96 x 108 metros).

-A estrela mais rápida até agora tinha sido a US 708, que se move a 1200 km / s, mas recentemente foi descoberta outra estrela que a ultrapassa: a S5-HVS1 da constelação Crane, com uma velocidade de 1700 km / s. Acredita-se que o culpado seja o buraco negro supermassivo de Sagitário A, no centro da Via Láctea.

Referências

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