Espectroscopia Estelar e Abundâncias

Ao medir as intensidades das linhas espectrais e compará-las com modelos de atmosfera, os astrônomos determinam a quantidade de cada elemento químico que uma estrela contém, transformando a luz estelar em um inventário químico preciso.

Definition

Espectroscopia estelar é a análise quantitativa de espectros estelares para derivar propriedades físicas e químicas, e a determinação de abundância é a inferência das quantidades de elementos químicos na atmosfera de uma estrela a partir das intensidades de suas linhas espectrais.

Scope

O tópico abrange a medição das intensidades das linhas espectrais através de larguras equivalentes e perfis de linha, a curva de crescimento que relaciona a intensidade da linha com a abundância, a derivação de metalicidades e razões de elementos, o papel das atmosferas modelo e correções de não-equilíbrio, e o uso de abundâncias estelares para rastrear a evolução química galáctica.

Core questions

• Como a abundância de um elemento é medida a partir de um espectro?
• O que é a curva de crescimento e como ela é usada?
• O que a metalicidade de uma estrela nos diz?
• Como as abundâncias rastreiam a história química da Galáxia?

Key concepts

• largura equivalente
• curva de crescimento
• metalicidade
• razão de elementos alfa
• atmosfera modelo
• correções não-LTE
• marcação química

Key theories

Análise de abundância e a curva de crescimento

A largura equivalente de uma linha espectral mede a absorção total que ela produz; a curva de crescimento relaciona isso ao número de átomos absorventes, permitindo que as abundâncias sejam derivadas uma vez que a temperatura, gravidade e dados atômicos da atmosfera sejam conhecidos.

Metalicidade e evolução química galáctica

O conteúdo metálico geral e as razões de elementos como os elementos alfa para o ferro registram a história nucleossintética do gás a partir do qual uma estrela se formou, de modo que as abundâncias estelares reconstroem o enriquecimento químico das populações estelares e da Galáxia.

Mechanisms

Cada linha de absorção remove luz em proporção ao número de átomos absorventes ao longo da linha de visada, modulada pela temperatura e pressão da atmosfera. Ao modelar a atmosfera e a transição atômica, a intensidade da linha medida é convertida em uma abundância; a comparação de muitos elementos em muitas estrelas mapeia como sucessivas gerações de estrelas enriqueceram o gás interestelar.

Clinical relevance

As abundâncias estelares são os fósseis químicos da formação de galáxias: elas datam e rotulam populações estelares, revelam as contribuições de diferentes locais de nucleossíntese, calibram a composição solar usada como referência cósmica e conectam a formação de estrelas e planetas à metalicidade de seu material de origem.

History

A análise quantitativa de abundâncias cresceu a partir da demonstração de Payne da dominância do hidrogênio e do desenvolvimento da curva de crescimento por Minnaert e Unsold; o campo avançou com grades de atmosferas modelo, espectrógrafos de alta resolução e grandes levantamentos que agora medem abundâncias para milhões de estrelas.

Debates

A abundância de oxigênio solar e o problema da modelagem solar

Abundâncias solares revisadas e mais baixas, derivadas de modelagem espectral tridimensional e de não-equilíbrio, conflitam com a composição exigida pela heliossismologia, uma tensão não resolvida conhecida como o problema da abundância solar que afeta as escalas de abundância em geral.

Key figures

• Cecilia Payne-Gaposchkin
• Martin Schwarzschild
• Bengt Gustafsson
• Martin Asplund

Seminal works

• asplund2009
• nissen2018

Frequently asked questions

O que significa para uma estrela ser pobre em metais?

Em astronomia, qualquer elemento mais pesado que o hélio é chamado de metal; uma estrela pobre em metais tem menos desses elementos em relação ao hidrogênio do que o Sol, geralmente porque se formou cedo a partir de gás que havia sido enriquecido por apenas algumas gerações anteriores de estrelas.

Com que precisão as abundâncias estelares podem ser medidas?

Com espectros de alta resolução e modelagem cuidadosa, as abundâncias relativas de alguns elementos podem ser medidas com uma precisão de alguns por cento, o suficiente para distinguir estrelas nascidas juntas e para detectar assinaturas químicas sutis da formação de planetas e da história galáctica.