Do Big-bang à Terra - iag.usp.breder/agg0115/EvoTer_2009.pdf · Resumo da evolução estelar. Evolução de uma estrela segundo sua massa Peso Leve Peso Médio Peso Pesado Nebulosa

Do Big-bang

à Terra

R. BoczkoIAG-USP

04

06

09

Uma pedrinha qualquer!

Formação da Terra

Cosmologia (formação do Universo)

Evolução estelar

Cosmogonia (formação do Sistema Solar)

Universo

Terra

Sol

Cosmologia

É o estudo do Universo como um todo.

Universo é tudo que:

Nos influenciou no passado

Nos influencia no presente

Nos influenciará no futuro

“Representação” do

Universo!

Nosso

Universo

Além do Universo...

Universo ??Isso não

existe!

Como explicar a

origem e a evolução

do Universo a partir

dos conhecimentos

existentes?

Big Bang

Big-bang

Ocorreu?

Como evoluiu?

Como será o futuro?

Pré-big-bang (!?!) Pós-big-bang

Existia?

Havia matéria?

Havia energia?

Como era? Óvulo

primordial

Qual a possível

causa do big-bang?

Diferença entre Matéria e

Anti-matéria

n0

p+

e-

(Koyno-)Matéria Anti-matéria

n0

p-

e+

Interconversão entre

matéria e energia

m

a

E

E = (m+a).c2

Factível em

laboratório

atualmente

Ainda não foi possível obter em laboratório

Tocar matéria com antimatéria

E E

m

a

Comprimir

Explicação para o Big Bang

Koino-matéria

Anti-matéria

Luz

Tempo

Raio

do

Un

ive

rso

Presente

m + a E E = (m+a) c2

Futuro

Evolução até estrela

Instantes iniciais

do UniversoUniverso

primordial

Big-bangUniverso

(H2 e He)

Formação de galáxias

por fragmentaçãoUniverso

GaláxiasGaláxia de Andrômeda

Contração

gravitacional de

uma nebulosa

Gás

Hidrogênio

Nascimento de

uma estrela

Início das

reações de

Fusão Nuclear

Nasceu a estrela !

Nebulosa

inicial

É um corpo gasoso

no interior do qual

ocorrem reações de

fusão nuclear formando

elementos mais pesados.

O que é uma

estrela?

Berçário

de

estrelas

Aglomerado Jovem( NGC 3293 )

Porque a estrela

não colapsa?

?

Pressão Térmica

Ar

frio

Balão com

mecha apagada

Devido à temperatura,

existe a pressão térmica.

Mecha acesa

(Des)equilíbrio

Estático

PT < PG

Contração

PT = PG

Equlíbrio

PT > PG

Expansão

PT = Pressão Térmica

PG = Pressão Gravitacional

Temperatura e cor de

uma estrela?

Temperatura e cor superficiais

de uma estrela

60.000 K

30.000 K

9.500 K

7.200 K

6.000 K

5.250 K

3.850 KFria

Quente

Sol

Como se formou

o Sol e o

Sistema Solar ?( Cosmogonia )

Contração da

Nebulosa Solar

Gás

Achatamento da

nebulosa

v

FGrav.

FCentríf.

FGrav.

FGrav.

FGrav.

FCentríf.

Formação do

Sol e dos

Planetas

Formação do Sistema Solar

Planeta é

sub-produto

da formação

estelar.

E a Lua, como

se formou?

• Irmã da Terra

• Filha da Terra

• Namorada da Terra

• Irmã Siamesa da Terra

Lua: Irmã da Terra

(co-formação)

Terra

Lua:

Filha da Terra

(centrifugação)

Terra

Lua

'Terlua'

Lua: Namorada da Terra

(captura gravitacional)

Terra

Lua

Lua

Lua e Terra:

Irmãs siamesas separadas

(choque catastrófico)

'Terlua'

Asteróide (?)

Terra

Lua

Choque do cometa

Shoemaker-Levy 9 com Júpiter

1994

jul

Resultado dos impactos

do Shoemaker-Levy 9

em Júpiter, em 1994

Limpando o

Sistema Solar

Sistema

Planetário

“Sujo”

Vento Solar

Radiação (luz)

Radiação (calor)

Sol

Elétrons

Prótons

Partículas Alfa

(núcleos de Hélio)

Perda de massa pelo vento solar = 1 milhão de ton por segundo

Vento Solar

Varrendo

as imediações

do Sol.

Origem dos

Cometas

100 bilhões

de cometas

T

P

100 000 ua

Distância

entre Sol e Terra:

1 Unidade Astronômica

Nuvem

de Oort

1

ua

Cometa

West

Estrutura de um cometa

Rocha

recoberta

com gelo

de água e

de CO2

Cauda

gerada pelo

Vento Solar e

pela radiação

Calor

Cabeleira

de gás e poeira

Sol

Núcleo do

cometa Halley

~12 x 8 km

Como se formou e

evoluiu a Terra ?

Sol e Planetas do

Sistema Solar

Em ordem de distância e em escala de tamanho

Mer

Vên Mar

Ter

Júp

Sat

Ura Net

Plu

Planetas

telúricos Planetas gasosos ou jovianos

S

o

l

Distribuição inicial dos

elementos químicos do

Sistema Solar

Elementos pesados

Elementos leves

Nebulosa

Solar

Redistribuição dos elementos

químicos do Sistema Solar

Antes da formação dos planetas

Depois da formação dos planetas

Redistribuição dos

elementos antes da

formação dos

planetas

Redistribuição

Formação dos planetas

Tempo

Redistribuição dos elementos

dependendo de seus pesos

atômicos

Elementos pesadosElementos levesPartículas de luz (fótons)

Atrito hidrodinâmico

Turbulência

+

Concentração

Redistribuição dos

elementos depois

da formação dos

planetas

Redistribuição

Formação dos planetas

Tempo

Sublimação de gelos

e evaporação de

materiais leves

Rochas, gelos

e elementos

leves

Rochas, gelos

e elementos

leves

Limpeza de gelos e

materiais leves

Mantém gelos

e elementos

levesPerde gelos

e elementos leves

Rochas, gelos

e elementos

leves

Formação

da Terra

As 4 forças da natureza

m m’

GRAVITACIONAL: ocorre entre dois corpos com massas

FF

q q’

ELETROMAGNÉTICA: associada com cargas elétricas/fótons

FF

FORTE: (intranuclear) mantém o núcleo atômico agregado

Núcleo

Atômico

Próton

Nêutron

FRACA: (decaimento beta) permite a radiatividade beta

Elétron

n = p e

Átomos, moléculas, grãos,

planetesimais

+

Átomos Molécula

+

Estrutura

cristalina

ou amorfa

+

Grão

+

Planetesimal

Formação da

Terra

Agregação de

Planetesimais

“Bebê” Terra:

meio pastosa e

muito quente

“Feto”

Terra

Região

interna

pastosa

e quente

Crosta

sólida e

mais fria

“Criança” Terra

R.F. Moulton

T.C. Chamberlin

C.F. Weizsäcker

Água e

atmosfera da

Terra

Molhando a Terra...

Planetesimal

(ou cometa)

de geloFormando

os maresEvaporação

total

Gelo

Criando a atmosfera da Terra

Erupção

vulcânica

Liberou gases

presos nos

materiais do

interior da Terra

Atmosfera Atmosfera

sem oxigênio

Uso do oxigênio livre

Atmosfera

O2 + 2 Fe 2 FeO

Só quando todo o Ferro livre na

crosta terrestre foi oxidado é que

começou a haver Oxigênio livre na

atmosfera

Resultado de

erupções vulcânicas

Componente original

da crosta terrestre

Componente atual da

crosta terrestre

CO2

O2

Fe

Empobrecimento de CO2 na

atmosfera

CO2 + CaSiO3 SiO2 + CaCO3

Dióxido de

carbono

Silicato de

cálcio(tipo de rocha)

Carbonato de

cálcio(mármore)

Quartzo(areia)

Processos para o enriquecimento

de O2 na atmosfera

Atmosfera

e,

2_ Predominantemente,

por fotossíntese.

1_ Desintegração de moléculas

de água, por UV,

entre 100 e 200 km de altura

UV

2 H2O + UV 2 H2 + O2

H2

O2

Fotossíntese

Luz

CO2 O2

Ág

ua

Sais

min

era

is

Glu

cíd

ios

Lip

ídio

s

Mo

lécu

las a

zo

tad

as

Algas e

plantas primitivas

Voltemos à

evolução do Sol

PlêiadesEstrelas Jovens

SolEstrela madura

Proto-

estrela

FetoAdoles-

cênciaVelhiceVida adulta

Idade do Sol :

4,52 Bilhões de anos

Hoje

E ... qual será o

futuro do Sol ?

Peso

Leve

Evolução para Gigante

Vermelha

Região de

fusão nuclear

A Gigante Vermelha Sol

R=750.000 km

d = 150.000.000 km

Terra

Hoje

d 150.000.000 km

Num futuro muito distante

( 4,5 bilhões de anos )

Evolução para Nebulosa

Planetária e Anã Branca

Gigante

vermelha

Nebulosa

Planetária

Visão de uma

Nebulosa Planetária

Anã

Branca

Todas as estrelas

evoluem como o Sol ?

Não!

Classificação mássica das

estrelas

Massas

solares(aproximadas)

0,08 4 8

Peso

Leve

0

Peso

MédioPeso

Pesado

Peso

Pena

Planeta

(anã-marron)

Evolução de uma

estrela peso médioPeso

Médio

Evolução de

estrelaspeso

médio

Nuvem

Inicial

H → He + g

Fe + g→ ?

C → O + g

Estrela de

nêutrons

He → C + g

Si → Fe + g

O → Si + g

HHeC

Si

Fe

O

n

Prótons + Elétrons Nêutrons

Estrutura

inicial de uma

estrela de

nêutrons

HHeC

Si

Fe

O

n

Estrela de

nêutronsPrótons + Elétrons Nêutrons

Raio dezenas de km

Densidade bilhões de ton/cm3

Morte violenta

de uma estrela

Estrela Supernova

He C O Si

Fe

... Cu Ag Pt

Au Pb U ...

Elementos

mais

pesados

Carbono

Explosão

catastrófica

Morte de estrelas

Antes Depois

Galáxia

parecida com a

Nossa Galáxia

Supernova 1987A

( Grande Nuvem de Magalhães )

Remanescente de Supernova

Nebulosa do Caranguejo( Constelação do Touro )

Visão atual da

supernova vista

pelos chineses

em 1054

Evolução de uma

estrela peso pesadoPeso

Pesado

Evolução de uma estrela

peso pesado

Proto

estrelaSuper

gigante

vermelha

Pressão Gravitacional > Pressão Térmica

Reação

de fusão

nuclear

?Colapso

gravitacional

Buraco Negro

Buraco Negro

Resumo da

evolução estelar

Evolução de uma estrela segundo sua massa

Peso

Leve

Peso

Médio

Peso

Pesado

Nebulosa

Gigante

Vermelha

Super

Gigante

Vermelha

Super

Gigante

Vermelha

Super

Gigante

Azul

Nebulosa

Planetária

Anã

Branca

Massa

Marron

Estrela

de

NêutronsMassa

Marron

Estrela

Supernova

Nebulosa

Buraco

Negro

?

Peso

Pena

Massa

Marron

Uma dúvida...

Big-bang

Universo

(H2 e He)

O Sol e nós!Formação

de estrelas na

Nossa Galáxia

Sol

Nós

Terra

Se o Sol é uma estrela

peso leve, sem poder

gerar Ferro, por exemplo,

então

como surgiram os

elementos pesados do

Sistema solar?

Sol: uma estrela de segunda mão

H

H

Nebulosa

solar

Nebulosa

vizinha

H

Estrela

Supergigante

H

Supernova

He C O Si Fe

... Cu Ag Pt Au Pb U ...

Estrela

remanescente

?

Ser Humano

Matéria prima:

Hidrogênio

Pedaços de estrelas que

explodiram!

Nebulosa

enriquecida

Reciclagem

de estrelas

Nebulosa

primordial

Peso

Médio Super

Gigante

Vermelha

Super

Gigante

Azul

Estrela

Supernova

Super

Gigante

Azul

Reações

de fusão

nuclear

Sistema Solar

Respeito às rochas!

FimR. Boczko

IAG-USP