Evolução e Interiores Estelares

©Kepler de Souza Oliveira Filho

Departamento de Astronomia - Instituto de Física
Universidade Federal do Rio Grande do Sul

As estrelas são os primeiros objetos formados por gravitação no Universo, em z~30 a 15, e são os objetos formadores das galáxias. As primeiras estrelas, de População III, sem metais, formaram-se com milhares - até cerca de 100 000 - massas solares e implodiram como supernovas em poucos milhares de anos, formando buracos negros massivos que coaleceram (merged) em buracos negros supermassivos, estimulando a formação das galáxias. A radiação das estrelas massivas, ventos estelares e supernovas, injetam metais, momentum angular e energia no meio, ajudando a regular as formação das estruturas subsequentes (Ralf S. Klessen & Simon C.O. Glover, 2023, Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 61).

Observações do James Webb Space Telescope e Alma mostram que a galáxia RXCJ0600-2007, com z=6.072, formada 930 milhões de anos depois do Big Bang, de aparência normal, é composta por 15 glóbulos densos quando reconstruída usando a resolução de lentes gravitacionais (Seiji Fujimoto et al. 7 aug 2025, Nature Astronomy)

Nosso objetivo é introduzir estrutura e evolução estelar, sem incluir os detalhes dos cálculos numéricos. Os avanços consideráveis em astrofísica estelar nos últimos 60 anos só foram possíveis através de extensas modelagens computacionais, usando as equações básicas de mecânica, termodinâmica, física nuclear, física de plasma e eletromagnetismo que iremos descrever.

Historicamente a teoria de evolução estelar inclui o trabalho do físico americano Jonathan Homer Lane (1819-1880) escrevendo o conjunto de equações para descrever uma esfera de gás em equilíbrio hidrostático, o estudo dos polítropos por Jacob Robert Emden (1862-1940) no livro Gaskugeln (Esferas de Gás) em 1907, e os livros The Internal Constitutions of the Stars por Sir Arthur Stanley Eddington (1882-1944) em 1926 e An Introduction to the study of Stellar Structure de Subrahmanyan Chandrasekhar (1910-1995) em 1937. Os primeiros modelos computacionais, passando por pulsos térmicos no ramo assintótico das gigantes, foram publicados em 1955 por Richard Härm (1909-1996) e Martin Schwarzschild (1912-1997) (Astrophysical Journal, 121, 445). Martin era filho de Karl Schwarzschild, que resolveu a equação de Einstein para um buraco negro e desenvolveu a teoria da convecção, e sobrinho de Jacob Robert Emden.

Martin Schwarzschild (1912-1997) e Icko Iben Jr. (1931-2025)

Efeito da massa e metalicidade na evolução das estrelas de acordo com Alexander Heger, C. L. Fryer, Stan E. Woosley, Norbert Langer& D.H. Hartmann, 2003, Astrophysical Journal, 591, 288.

$m_e = 9,1095 \times 10^{-28} g$

$k = 1,381 \times 10^{-16} ergs/K$

$h = 6,626 \times 10^{-27} ergs s$

$G = 6,672 \times 10^{-8} dina cm^2/g^2$

$m_p=1,67265 \times 10^{-24} g$

$m_n=1,67492 \times 10^{-24} g$

$m_{uma}=1,66057 \times 10^{-24} g$

$N_A = 6,022 \times 10^{23} mol^{-1}$

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