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Diagrama de Hertzsprung-Russell: o gráfico mais importante da astrofísica

Crédito: David Nash / The Astronomy Nexus

• A invenção da espectroscopia e da fotografia converteu a astronomia em astrofísica.
• Com essas novas ferramentas, os astrofísicos reuniram quantidades incalculáveis ​​de dados sobre as estrelas.
• Quando essas estrelas foram plotadas em um gráfico, surgiram padrões surpreendentes.

Como as pessoas, as estrelas nascem, vivem e morrem. Mas quão os cientistas conhecer que as estrelas nascem e morrem? De onde veio esse conhecimento? Afinal, durante a maior parte da história humana, muitas pessoas pensavam que as estrelas eram eternas e imutáveis. O que foi que colocou os astrônomos no caminho para ver as estrelas como algo limitado pelo tempo e pela mudança? A resposta vem na forma de um diagrama simples e bonito feito pela primeira vez cerca de 100 anos atrás.

A astronomia torna-se astrofísica

Até o final de 19^ºNo século XX, novas ferramentas foram sendo adicionadas aos telescópios que transformaram a astronomia em astrofísica. O mais importante deles era o espectrógrafo, que permitia aos astrônomos ver quanta energia uma estrela emitia em diferentes comprimentos de onda (ou cores). É também o que permitiu aos astrofísicos concluir definitivamente que o sol é uma estrela.

A fotografia também revolucionou o campo ao fornecer um registro permanente das observações para que pudessem ser comparadas e correlacionadas com outras observações fotografadas. Usando o espectrógrafo e as chapas fotográficas, os astrofísicos começaram a acumular um enorme depósito de dados sobre as estrelas.

Em observatórios na Europa e nos EUA, foram obtidos os espectros de centenas de milhares de estrelas. Mais tarde, esses espectros foram classificados em diferentes caixas de classificação com base em padrões encontrados na maneira como as estrelas emitiam sua energia em diferentes comprimentos de onda. (Vale a pena notar que esse trabalho de classificação foi desafiador e exaustivo e, em muitos casos, foi feito por jovens brilhantes que não tinham permissão para serem estudantes formais de astronomia.) Depois que o trabalho foi concluído, as caixas de classificação para os espectros acabaram sendo reconhecida por estar associada à temperatura da superfície da estrela.

Os dados fotográficos também permitiram que as estrelas fossem classificadas de outra maneira, neste caso, com base em seu brilho, que era uma medida da energia total que irradiavam para o espaço.

O que tudo isso significa é que pelos primeiros anos do 20^ºNo século XX, os astrônomos tinham algo novo e tremendamente valioso: um grande e arduamente conquistado tesouro de dados estelares que davam a temperatura e o brilho de cada estrela. Agora a questão era o que fazer com isso.

O diagrama de Hertzsprung-Russell

A resposta simples para esse tipo de pergunta na ciência era a mesma de agora: faça um enredo e veja o que acontece.

Cada uma das cerca de 100.000 estrelas foi colocada em um gráfico bidimensional. A temperatura estava no eixo horizontal e o brilho estava no eixo vertical. Isso é basicamente o que o astrônomo dinamarquês Ejnar Hertzsprung e o astrônomo americano Henry Russell fizeram, independentemente um do outro, para criar o que agora é chamado de diagrama Hertzsprung-Russell (HR).

Então, o que significa interessante nesse tipo de enredo? Bem, eu posso te dizer o que seria não ser interessante. Se as estrelas aparecessem aleatoriamente na trama – como se alguém tivesse levado uma espingarda para ela – isso não seria interessante. Isso significaria que não havia correlação entre brilho e temperatura.

Padrões intrigantes

Felizmente, um padrão de espingarda definitivamente não é o que os astrônomos viram no diagrama HR. Em vez disso, a maioria das estrelas foi coletada em uma linha diagonal grossa que se estendia de um canto ao outro da trama. Os astrônomos chamaram essa linha de Sequência Principal. Havia também outros lugares, fora da Sequência Principal, onde as estrelas se acumulavam. O que os astrônomos estavam vendo em seus dados era a indicação inconfundível de um pedido .

Crédito : Richard Powell via Wikipedia, licenciado sob CC BY-SA 2.5

Os padrões no diagrama HR diziam aos astrofísicos que algo estava acontecendo dentro das estrelas. A Sequência Principal, por exemplo, disse aos astrofísicos que deve existir uma forte ligação entre as estrelas de energia bombeadas para o espaço e o quão quente suas superfícies ficaram. Essa ligação implicava que havia uma física oculta ligando a produção de energia estelar e a temperatura da superfície estelar em uma poderosa cadeia de causa e efeito. Se eles pudessem entender essa cadeia, eles poderiam responder ao Santo Graal de 2.500 anos de idade das questões de astronomia – o que faz as estrelas brilharem?

Levaria mais 50 anos após os primeiros diagramas HR aparecerem antes que os astrofísicos pudessem realmente ver como a Sequência Principal e outros padrões eram uma consequência direta da física estelar na forma de envelhecimento estelar ao longo do tempo. Para isso, precisariam da invenção da física nuclear e de uma teoria da fusão termonuclear. Vamos retomar essa história em outro post.

Por hoje, é o suficiente para se maravilhar com a forma como o simples ato de jogar um monte de estrelas em um enredo revelou um padrão oculto que não poderia ser visto de outra forma. Esse padrão era uma pista, uma dica de qual direção seguir, estimulando os cientistas a desvendar o mistério das estrelas.

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