TOMO X - ESTRELAS

METALICIDADE ESTELAR

Populações Estelares

Walter Baade (1893-1960)

No observatório de Mount Wilson, estudando a galáxia Andrômeda, o Dr. Walter Baade notou que podia distinguir claramente as estrelas azuis nos braços espirais da galáxia, e propôs o termo População I para estas estrelas dos braços, e População II para as estrelas vermelhas visíveis no núcleo da galáxia. Atualmente, utilizamos essa nomenclatura mesmo para estrelas da nossa Galáxia e sabemos que as estrelas de População I são estrelas jovens, como o Sol, com menos de 7 bilhões de anos, ricas em metais, isto é, com conteúdo metálico (qualquer elemento acima do He) de cerca de 2%, enquanto que a População II corresponde a estrelas velhas, com cerca de 10 bilhões de anos, e pobres em metais, isto é, com menos de 1% em metais.

Estrelas de população I

As estrelas da População I ou ricas em metal são as estrelas jovens cuja metalicidade é a mais alta. O Sol é um exemplo de estrela rica em metal. Elas são comuns nos braços espirais da Via Láctea.

Geralmente, as estrelas mais jovens, no extremo da População I, são encontradas mais próximas do centro e as intermediárias da População I mais distantes. O Sol é considerado uma estrela da População I intermediária. As estrelas da População I têm órbitas elípticas regulares em relação ao centro galáctico, com baixa velocidade relativa. A alta metalicidade das estrelas da População I as torna mais passíveis de possuir sistemas planetários do que as outras duas populações, pois se acredita que os planetas, particularmente os terrestres, sejam formados pela acresção de populacão I de metais.

Sumário das propriedades das populações estelares

Propriedades

                      População I                      População II    

Localização disco e braços espirais                   bojo e halo

Movimento   confinado ao plano                        se afastando do plano

órbitas           quase circulares                           órbitas excêntricas

Idade        7 ×109 anos                                   7 ×109 anos

Abundância 
de elementos
pesados       1 - 2 %                                        0,1 - 0,01%

Cor            azul                                           vermelha

Exemplos     estrelas O,B                                estrelas RR Lyrae
                     aglomerados abertos                    aglomerados globulares
                     regiões HII                                nebulosas planetárias

Apesar de como o gráfico mostrar existirem estrelas em posição intermediaria entre as duas principais populações estelares nos dedicaremos aquelas com características especificas e por consequências as mais importantes.

características:

local: disco galáctico e nos aglomerados abertos situados no disco 

- idade: 0 a 10 bilhões de anos 

- metalicidade: 0.1 a 2.5 vezes a abundância solar. Estrelas que estão se formando podem superar a abundância de estrelas do bojo. 

-cinemática: órbitas circulares

População de disco

Entre as Populações I e II existem astros intermediárias as estrelas de população de disco. 

Estrelas da População II

As estrelas da População II ou pobres em metal. Mesmo objetos astronômicos ricos em metal contêm pequenas quantidades de quaisquer elementos que não o hidrogênio e o hélio; os metais constituem um pequeno percentual da composição química total do universo, mesmo 13,7 bilhões de anos depois do Big Bang. Entretanto, objetos pobres em metal são ainda mais primitivos, tendo se formado nos primeiros tempos do universo. Estrelas da População II intermediárias são comuns no bulbo galáctico próximo ao centro da Via Láctea, enquanto as estrelas da População II, encontradas no halo galáctico, são mais velhas e, portanto, mais pobres em metal. Aglomerados globulares também contêm um grande número de estrelas da População II. Acredita-se que as estrelas da População II tenham criado todos os outros elementos da tabela periódica, exceto os mais instáveis.

Os cientistas visaram essas estrelas mais velhas em várias pesquisas diferentes. Até agora, foram estudadas com detalhe cerca de dez estrelas muito pobres em metal (como CS22892-052). 

As estrelas de menor metalicidade conhecidas na nossa Galáxia são a gigante do halo HE 0107-5240,, a gigante CD-38:245, e algumas estrelas de seqüência principal, como a G64-12.

A estrela CS 22892-052, que tem sido estudado através da medição da abundandia de tório (isótopo radioativo) na auréola, que nos dá uma boa idéia do que poderia ser a sua idade.

Há ainda duas estrelas antigas como a HE0107-5240 e HE1327-2326 e a mais antiga a HE 1523-0901. Menos extremas na sua deficiência em metal, mas mais próximas e brilhantes e, portanto, conhecidas há mais tempo, são HD 122563 (uma gigante vermelha) e HD 140283 (uma subgigante).

HE0107-5240 fica em parte remota de nossa galáxia. Astrônomos encontraram a estrela mais velha conhecida em nossa galáxia, a Via Láctea. A estrela pode ter surgido no começo da formação do universo, há cerca de 14 bilhões de anos. A estrela gigante HE0107-5240 é uma raridade porque, ao contrário de estrelas mais novas, praticamente não contém metais.

Estrela nascida logo após o Big Bang

Um grupo de astrônomos nos Estados Unidos descobriu uma estrela que se estima que esse astro está por aí pelos últimos 13,2 bilhões de anos.

Trata-se de um astro chamado HE 1523-0901, localizado na borda da Via Láctea, vive a fase conhecida como gigante vermelha sendo um pouco menor que o Sol com 80% de sua massa.

Foi comparando as presenças de átomos de urânio e tório (elementos radioativos, que tendem a se transformar em chumbo) com chumbo, usando como calibradores os elementos estáveis európio, ósmio e irídio, que se verificou o nascimento desta estrela a apenas 500 milhões de anos após o Big Bang. As observações foram feitas do Observatório Europeu do Sul, no Chile.

HD 122563

   
HD 122563 (uma gigante vermelha) uma das estrelas mais próximas de população II, 

     

Características da População II

- local: bojo e halo galático, e aglomerados globulares ali existentes
- idade:10 a 15 bilhões de anos
- metalicidade:halo- 0.0001 a 0.03 metalicidade solar; bojo- 1 a 3 metalicidade solar.
- cinemática: órbitas excêntricas

Estrelas da População III

Imagem simulada das primeiras estrelas, 400 milhões de anos depois do Big Bang.

Estrelas da População III ou isentas de metal são uma hipotética população praticamente extintas. Estrelas que foram extremamente massivas e quentes, com virtualmente nenhum metal superficial, com exceção de uma pequena quantidade de metais formados durante o Big Bang, como o lítio-7. Abundantes no início do universo, sua existência por vias indiretas foi constatada numa galáxia com lente gravitacional, numa parte muito distante do universo. Sua existência é proposta para justificar o fato de que os elementos pesados, que não poderiam ter sido criados no Big Bang, que são observados em espectros de emissão de quasares, bem como para a existência de galáxias azuis de pouca luminosidade.

Os modelos homogêneos de Universo, a nucleossíntese do Big Bang só formou 10-13 a 10-16 de carbono, lítio e berílio, além do hidrogênio, deutério e hélio, portanto as estrelas de população III deveriam ter ferro e hidrogênio.

 Acredita-se que essas estrelas tenham passado por um período de reonização. Acredita-se que UDFy-38135539, uma galáxia recentemente descoberta, tenha sido parte deste processo com suas estrelas.

Concepção artística da UDFy-38135539

Estima-se que as massas típicas de estrelas da População III fossem de várias centenas de massas solares, o que é muito maior do que as estrelas atuais. Entretanto, a análise de dados de estrelas da População II de metalicidade extremamente baixa, como HE0107-5240, que se acredita conterem os metais produzidos pelas estrelas da População III, sugerem que essas estrelas isentas de metais poderiam ter “apenas” uma massa de 20 a 130 massas solares. Por outro lado, a análise de aglomerados globulares associados a galáxias elípticas sugere que supernovas por produção de pares foram às responsáveis pelo seu conteúdo metálico. Isto também explica por que não foram observadas estrelas de baixa massa com metalicidade zero, embora tenham sido construídos modelos para estrelas menores da População III.

Aglomerados contendo anãs vermelhas ou anãs marrons com metalicidade zero (possivelmente criadas por supernovas por produção de pares) foram propostas como candidatas a matéria escura, mas há discordâncias quanto a esta teoria.