As Cores das Estrelas: Um Novo Enfoque




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Oficina dos Observatórios Virtuais – dezembro/2003
Atividade 5

As Cores das Estrelas: Um Novo Enfoque




Introdução

Esta atividade é semelhante à que foi realizada no encontro de julho no INPE, mas com algumas diferenças e complementações. Uma delas é com relação às imagens analisadas: estas foram obtidas no Miniobservatório Astronômico do INPE, com um dos telescópios do Projeto Observatórios Virtuais. Além disso, nesta atividade é enfocada com mais detalhes a comparação entre as cores de algumas estrelas ou, mais precisamente, entre os seus índices de cor, realizando procedimentos que fazem parte da rotina utilizada pelos astrônomos para extrair informações das imagens dos objetos celestes.

Aqui são revistos os conceitos de magnitude e de cor das estrelas, através da determinação dos seus índices de cor e da sua localização no diagrama cor-magnitude.

As etapas que serão trabalhadas nesta atividade são:



  1. Cálculo das magnitudes relativas de algumas estrelas selecionadas nas imagens. Essas magnitudes são calculadas em relação a uma estrela tomada como padrão.

  2. Determinação dos índices de cor, em relação à estrela padrão. Esses índices de cor representam uma indicação da cor das estrelas.

  3. Localização das estrelas analisadas no diagrama cor-magnitude.

Antes de realizar a atividade, devem ser revistos os conceitos abordados, os quais estão descritos a seguir:



Magnitude estelar


A magnitude é utilizada pelos astrônomos para exprimir o brilho dos objetos celestes na faixa da luz visível. A sua definição tem origem histórica e está baseada na resposta logarítmica do olho com relação aos estímulos luminosos. Desses dois fatos, decorre a fórmula abaixo, que define a magnitude de um objeto celeste.

magnitude = -2,5 log(Fluxo da estrela) + constante


O fluxo da estrela é uma medida do seu brilho e, portanto, a magnitude também mede o brilho da estrela.

Para saber o quanto uma estrela A é mais brilhante do que uma estrela B, podemos medir a razão entre os seus fluxos. Pela propriedade dos logaritmos, a razão entre os fluxos das duas estrelas equivale à diferença entre as suas magnitudes:


magnitudeA – magnitudeB = -2,5 log(FluxoA / FluxoB) (1)


Cor e Temperatura


Ao olharmos o céu estrelado, podemos notar que nem todas as estrelas são da mesma cor. Algumas são brancas, outras são alaranjadas, ou mesmo azuladas.

Em 1893 Wilhelm Wien descobriu que o comprimento de onda da radiação emitida por um corpo negro é inversamente proporcional à sua temperatura. Como o comprimento de onda do azul é menor que o do vermelho, à medida que a temperatura dos corpos aumenta, sua cor tende a mudar na direção do vermelho para o azul. Podemos verificar esse fato quando aquecemos uma barra de ferro, por exemplo.

As estrelas podem ser consideradas um corpo negro com boa aproximação. As estrelas azuis são mais quentes do que as alaranjadas ou vermelhas.

Assim, se medirmos o fluxo de uma estrela em dois filtros diferentes, podemos avaliar a sua cor e a temperatura na sua superfície. A figura abaixo ilustra o que foi dito:


Diagrama ilustrativo do espectro de duas estrelas, com a medida dos fluxos na região do azul (B) e do vermelho (R) . A estrela de cima emite mais no azul do que no vermelho e, portanto é mais quente do que a de baixo, que emite mais no vermelho do que no azul. A estrela de cima é mais azulada, e a de baixo é mais avermelhada.


O pico do espectro de uma estrela está relacionado com a sua cor e temperatura.

Índice de Cor


Para estimar a temperatura das estrelas, os astrônomos utilizam o índice de cor, que é a razão dos fluxos medidos com filtros em diferentes comprimentos de onda.

Se as cores das estrelas puderem ser medidas com precisão, com filtros e fluxos bem calibrados, então as temperaturas em suas superfícies poderão ser deduzidas.

Este não é o caso das imagens que estão sendo utilizadas nesta atividade. Aqui, vamos somente comparar as cores e temperaturas, utilizando imagens obtidas com dois filtros diferentes, um na banda do azul (filtro B) e outro na banda do vermelho (V).


Atividade


Objetivos: entender o processo básico de análise de imagens astronômicas digitais e estabelecer comparações entre as cores, temperaturas e brilho de algumas estrelas selecionadas.

Procedimentos


Nesta atividade são utilizadas imagens do aglomerado globular de estrelas de número NGC 6838, obtidas com os filtros B (azul) e R (vermelho), que fazem parte do pacote instrumental fornecido pelo Projeto Observatórios Virtuais.

As magnitudes serão determinadas em relação à estrela padrão, cuja magnitude é assumida como sendo zero, para efeito de comparação.


1) Abrir a imagem no filtro B.
2) A partir da carta do aglomerado, identificar na imagem as 4 estrelas selecionadas para análise, e a estrela padrão.
3) Medir as Contagens líquidas (estrela – céu), para cada uma das estrelas selecionadas e a estrela padrão. Colocar os resultados na Tabela 1.
4) Medir a magnitude de cada estrela selecionada em relação à estrela padrão, utilizando a fórmula (1), transcrita abaixo:

magnitudeestrela = -2,5 log(Contagemestrela / Contagempadrão)

Colocar os resultados na Tabela 1.
5) Abrir a imagem no filtro R.
6) Repetir os procedimentos 2 a 4 para a imagem no filtro B. Colocar os resultados na Tabela 1.
7) Calcular os índices de cor B – R de cada estrela:

B – R = magnitude (B) – magnitude (R)



Colocar os resultados na Tabela 1.
8) Identificar as estrelas no diagrama cor-magnitude abaixo:



Tabela 1





Estrela padrão

Estrela 37

Estrela 60

Estrela 86

Estrela 88

Contagens em B
















Contagens em R
















Magnitude em B
















Magnitude em R
















Índice de cor

















Questões





  1. Nomear as estrelas em ordem crescente de magnitude em B.


  1. Nomear as estrelas em ordem crescente de magnitude em R.


  1. Nomear as estrelas em ordem de índice de cor, indo do azul para o vermelho.


  1. Supondo que as 4 estrelas selecionadas pertençam ao aglomerado, isto é, estejam à mesma distância de nós, nomeá-las por ordem crescente de temperatura. A estrela padrão não pode ser incluída nessa seqüência, pois não pertence ao aglomerado.


  1. Sabendo que o brilho ou magnitude de uma estrela depende não só da sua temperatura, mas também do seu tamanho, responda às questões:

  1. As estrelas 37 e 60 têm índices de cor semelhantes. Qual delas é maior?



  1. Igualmente para as estrelas 86 e 88. Qual delas é maior?


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