Determinação de distâncias astronômicas

Determinação de distâncias astronômicas


Bruno Antônio Emmerich

Tradução livro: Astrophysics is Easy!

           Para determinar muitos dos parâmetros básicos de qualquer objeto no céu, é primeiro necessário que determine-se a proximidade do objeto em relação a nós, veremos posteriormente sua verdadeira importância, pois, o brilho aparente de uma estrela pode significar que ela está próxima de nós, tanto quanto pode significar que é uma estrela essencialmente muito brilhante, da mesma forma que uma estrela pode ter um brilho fraco, por estar a uma grande distância de nós, como pode ser uma estrela com um brilho baixo natural, sendo assim necessário que consigamos diferenciar qual é o caso correto.

           Determinar distâncias na astronomia sempre foi e continua sendo uma tarefa que apresenta dificuldades e está carregada de erros, não havendo um consenso em qual é o melhor método para obter essa distância, pelo menos quando se fala de objetos em outras galáxias. 

           E quando falamos de objetos dentro da Via Láctea, principalmente para se determinar distâncias de estrelas, o método que provavelmente tem a maior acurácia é também o método mais antigo. 

           Esse método é denominado Paralaxe Estelar, e é basicamente a medida do ângulo formado quando a estrela é observada de dois pontos diferentes da órbita da Terra. Esses pontos têm geralmente entre si seis meses de diferença, pois assim a estrela aparentará ter mudado de posição em relação às estrelas mais distantes em seu plano de fundo.

           A Paralaxe (p) da estrela observada é igual a metade do ângulo com que sua posição aparente parece ter mudado. Quanto maior paralaxe (p) menor a distância (d) da Terra com a estrela. A figura 1.1 ilustra esse conceito.

           Se uma estrela tem uma Paralaxe medida de 1 segundo de arco (“) (1/3600 de um grau) e sua linha de base tem 1 Unidade Astronômica (UA) que é a distância média da Terra com o Sol, então a distância da estrela ao Sol é 1 parsec - paralaxe segundo (pc) - “a distancia de um objeto que tem a Paralaxe de um segundo de arco” essa é a origem do termo parsec, que é a unidade de distância mais utilizada na astronomia.

Fig 1.1: Paralaxe Estelar (1) a Terra orbita o Sol, e a estrela muda sua posição em relação a estrela de fundo. A paralaxe (p) da estrela é o ângulo medido da órbita da Terra como visto da estrela. (2) quanto mais perto a estrela, maior o ângulo de paralaxe 

           A distância (d) da estrela em parsec é dada pelo inverso de sua paralaxe (p), usualmente expressado pela equação:

d=1/p (1)

           Usando a equação acima temos então que uma estrela com a paralaxe de 0,1” está a uma distância de de 10 pc, e outra com uma paralaxe de 0,05” está a 20 pc de distância.

1.1 Relação entre Paralaxe e Distância

d = 1/p

d = Distância da estrela medida em pc
p = Ângulo de paralaxe da estrela medida em segundos de arco

           Essa relação simples é uma razão para que a maioria das distâncias medidas na astronomia sejam expressadas em parsec em vez de ano-luz.

A estrela mais brilhante do céu noturno é a estrela Sírius (⍺ cão maior), que tem uma paralaxe de 0,379 segundos de arco, com isso sua distância da Terra é:

d=10,379= 2,63 pc

           Sabendo que 1pc é igual a 3,26 ano-luz, essa distância pode ser expressada também por:

d=2,633,26 ano-luz 1pc= 8,6 ano-luz

           Surpreendentemente, todas as estrelas conhecidas tem um ângulo de paralaxe menor que 1 segundo de arco.

           Da Terra, ângulos menores que 0,01 segundo de arco são muito difíceis de serem medidos, isso devido a ação da atmosfera, fazendo com que a distância máxima medida da Terra seja em torno de 100 pc (1/0,01). Porém com o auxílio do satélite Hipparcos, lançado em 1989, é possível de se medir ângulos de até 0,001 segundo de arco, o que aumenta a distância máxima que se é possível medir para algo próximo a 1000 pc.

           Porém, esta vantagem só se torna útil para estrelas que estão relativamente próximas da Terra, do contrário, outro método é necessário, pois a maior parte das estrelas da galáxia estão muito distantes para se obter a paralaxe.

           Muitas estrelas tem seu brilho variável (estrelas variáveis) e, assim, muitas delas têm papéis importantes na determinação de distâncias. Mesmo que os detalhes de suas propriedades sejam discutidos mais tarde, é instrutivo apresentá-las neste momento.

           Dois tipos de estrelas variáveis são particularmente úteis para a medição de distâncias na astronomia, são elas, as cefeidas variáveis e a classe de estrela variável RR Lyrae, ambas classificadas como variáveis pulsantes, que são estrelas que realmente mudam seu diâmetro durante um período de tempo. A importância destes dois tipos de estrelas para determinação de distâncias vem do fato que sua luminosidade média e seu período de variação da luminosidade estão interligados, quanto maior for o tempo (o período) para ocorrer a variação maior será o brilho da estrela. Esta é a famosa relação período-luminosidade, o período de uma estrela é relativamente fácil de se medir e é algo que muitos astrônomos amadores ainda fazem.

           Assim que o período já foi medido é possível obter a luminosidade da estrela. Comparando a luminosidade, que é uma medida do brilho natural da estrela, com o brilho que ela aparenta ter no céu noturno, sua distância pode ser calculada. Usando estrelas cefeidas como referências, distâncias perto dos 60 milhões anos-luz já foram determinadas,

           Uma abordagem parecida é feita com as estrelas RR Lyrae, que são estrelas menos luminosas e tem períodos menores que um dia. Usando esse tipo de estrela é possível determinar distâncias próximas a 2 milhões anos-luz.

           Uma última nota que se faz importante em determinação de distâncias é não ser enganado em pensar que essas distâncias determinadas são 100% exatas, uma pequena quantidade de erros é inevitável, esse erro está geralmente em torno de 10 a 25%, e até mesmo erros de 50% já foram registrados.

           Lembre-se que um erro de 25% para uma estrela que está a 4000 anos-luz de distância significa que ela está entre 3000 e 5000 anos-luz de distância

Exercícios 1.1

Sabendo que a estrela 61 Cygni está a uma de distância de 11,35 a.l., calcule a paralaxe da estrela.

Sabendo que a estrela Epsilon Eridani tem uma paralaxe estelar de 0,311”, calcule a distância que a estrela está da Terra.