QUAL É O TAMANHO DAS ESTRELAS?

Gustavo Henrique da Silva Santos e Deidimar Alves Brissi

Recebido em: 08/05/2022 - Aceito em: 27/08/2022 - Publicado em: 20/08/2022

Pindorama Ciência - Ano 2 - Volume 2 - e2023002

1. OLHANDO PARA O CÉU

Certamente você já deve ter olhado para o céu em uma noite estrelada e contemplado a imensidão do cosmos. Aposto que o primeiro estímulo visual mais cativante dessa situação é poder contemplar a beleza da pintura que os astros compõem na nossa esfera celeste.

Enfeitando essa obra de arte natural estão as aparentemente minúsculas estrelas, com os seus brilhos e tamanhos mais variados, desde aquela mais azulada até a mais vermelha; desde a mais imponente e brilhante até a mais fraca e difusa; ou até mesmo pelo seu brilho contínuo, até as mais “dançarinas” e oscilantes.

Mas daí vem a pergunta que eu tenho certeza que você vai viajar na resposta: QUAL É, DE FATO, O TAMANHO DAS ESTRELAS?

2. AS ESCALAS DO UNIVERSO

Para começar a responder essa pergunta, antes de tudo, é preciso que compreendemos as escalas astronômicas de tamanho, mais especificamente, precisamos conseguir visualizar e associar escalas de tamanho coerentes com as dimensões dos objetos celestes.

O planeta Terra – ou querida Terra para os mais íntimos – é a nossa casa dentro do Sistema Solar. Apesar de não ser uma esfera perfeita, segundo (MAMAJEK, E. E. et al, 2015) a Terra tem um raio de 6.378,1 quilômetros. Isso significa que para sair da superfície onde pisamos até o seu centro, é necessário percorrer quase 6.400 quilômetros!

Se você partisse do centro da Terra com um carro a 100 km/h e não parasse para dormir, nem para ir ao banheiro ou comer, você demoraria 2 dias e 15 horas para chegar até a superfície. Que interessante!

Figura 1: O planeta Terra e o seu raio em quilômetros. Fonte: Adaptado pelos autores de Pixabay.

Agora pare tudo porque a coisa ficou séria! O tamanho do Sol irá te surpreender!

O Sol, estrela mais próxima da Terra (sim, o Sol é uma estrela!), responsável por garantir a vida na Terra e nos manter aquecidos do frio intenso ao longo do cosmos, segundo (EMILIO, M. et al, 2012) possui um raio de 695.700,0 quilômetros. Ou seja, o Sol tem mais de meio milhão de quilômetros de raio, que fantástico!

Utilizando o mesmo carro a 100 km/h do exemplo anterior, sem nenhuma pausa, para sair da superfície do Sol e chegar até o seu centro seriam precisos 289 dias e 21 horas (lembre-se para cruzar o Sol precisaria do dobro do tempo!).

Agora compare os dois tempos! Você percebeu o quão imenso é o Sol?

Para que fique muito bem ilustrado, se colocássemos o Sol e a Terra em um plano cartesiano, de forma a comparar suas alturas, seria necessário empilhar cerca de 109 planetas Terra para que obtivéssemos a altura do Sol.

Figura 2: Composição da Terra em comparação com o Sol, evidenciando a diferença de diâmetro. É importante destacar que as ilustrações estão em escala de tamanho relativo. Fonte: Adaptado pelos autores de Pixabay.

3. O SOL É REALMENTE UMA ESTRELA!

Muitos leitores devem ter ficado com uma pulga atrás da orelha no momento que leu que “O Sol é uma estrela”, e de fato, parece uma afirmação um tanto quanto cabeluda para alguns. Mas é verdade; o Sol é uma entre as sextilhões de estrelas que existem no Cosmos.

As estrelas desempenham papel vital no universo, porque além de permitir a vida em um planeta, criam uma imensidão de fenômenos e estruturas que enfeitam o maravilhoso Universo. Um exemplo dessas estruturas e fenômenos é a formação de nebulosas planetárias, supernovas e buracos negros. Aliás, para te deixar com outra pulga atrás da orelha, você sabia que essas estruturas foram formadas a partir da “morte” de uma estrela?

4. QUÃO LONGE AS ESTRELAS ESTÃO DE NÓS?

Contudo, é possível que um questionamento esteja surgindo em sua cabeça: o Sol é muito maior do que as estrelas que vemos durante a noite! Como é possível? Seria o Sol a maior estrela do Universo?

Mesmo que não seja possível olhar diretamente para o Sol – e nem é recomendado fazê-lo porque pode causar graves danos aos nossos olhos – é perceptível que ele é muito maior quando comparado com as pequenas e cintilantes estrelas que enfeitam o céu.

A resposta para esse questionamento é bem simples: só temos essa impressão porque as estrelas estão muito afastadas de nós, dessa forma somos induzidos a pensar que as estrelas são pequenininhas.

Mas veja só a diferença: a distância da Terra ao Sol – também chamada de Unidade Astronômica (UA) – segundo o Sistema Internacional de Medidas (SI) é de 149.597.870,7 km, ou para facilitar, aproximaremos para 150 milhões de quilômetros.

Depois do Sol, a estrela mais próxima da Terra pertence ao sistema triplo de Alpha Centauri, localizado a 4,36 anos-luz de nós (ESO, 2003). Dessa maneira, convertendo para unidades usuais de tamanho, esse sistema está a aproximadamente 41.249.088.000.000,0 km, ou para facilitar, aproximaremos para 41 trilhões de quilômetros da Terra.

Se utilizássemos nosso carro a 100 km/h para fazer uma excursão até o Sol, gastaríamos 170 anos; e para irmos até o sistema de Alpha Centauri, demoraríamos aproximadamente 47 milhões de anos para chegar lá! E detalhe: sem paradas para ir ao banheiro nem fazer um lanchinho!

Portanto, perceba que até a estrela mais próxima de nós está a uma distância tão grande que se torna quase impossível de imaginar!

5. ENTÃO, QUAL O TAMANHO REAL DAS ESTRELAS?

Após toda essa discussão, você deve estar um pouco atônito com as escalas de tamanho usuais na Astrofísica e Astronomia. Mas e se eu disser que o Sol está longe de ser a maior estrela que existe? Na realidade, o Sol é uma típica estrela pequena e fria (claro, comparada às outras!).

A depender da sua massa inicial e estágio de evolução, elas podem ter tamanhos diferentes (isso mesmo, a estrela pode mudar de tamanho com o tempo!). Na astronomia, usa-se o raio solar (Rꙩ) para padronizar a comparação entre tamanhos, portanto, todos os valores que podem aqui ser apresentados são multiplicações do raio do Sol (que já discutimos anteriormente; um número gigantesco).

É claro que seria humanamente impossível, e está longe do objetivo deste artigo de divulgação, apresentar informações de todas as estrelas catalogadas. Dessa forma, limitaremos nossa conversa a algumas conhecidas (Sirius A, Aldebaran, Beteugelse) para exemplificar o tamanho delas em comparação com o Sol.

A primeira a ser considerada nesse diálogo é Sirius. Na verdade, o que enxergamos a olho nu é a composição de um sistema binário – duas estrelas orbitando a si mesmas – no qual a componente mais brilhante é alpha Canis Majoris (alfa do Cão Maior) ou Sirius A. Este sistema está localizado na constelação do Cão Maior e pode ser observado a olho nu de qualquer lugar da Terra.

Sirius A é uma estrela azulada com raio de aproximadamente 1,7 Rꙩ (BOND, H. E. et al, 2017). Ou seja, Sirius A é 1,7 vezes maior que o Sol em raio.

Figura 3: Sol ao lado de Sirius A em escala.

A próxima estrela a ser apresentada é Aldebaran, que ocupa a posição de mais brilhante na constelação do Touro. Também pode ser chamada de Alpha Tauri ou Aldebarã. Esta, por sua vez, é considerada uma gigante vermelha.

Aldebaran, uma estrela alaranjada, tem um tamanho de 45,1 Rꙩ (HATZES, A. P. et al, 2015), ou seja, essa estrela é aproximadamente 45 vezes maior que o nosso Sol em raio!

Figura 4: Aldebaran ao lado do Sol em escala. Fonte: Elaborado pelos autores.

A próxima é Betelgeuse, uma supergigante vermelha que está na iminência de explodir em forma de supernova (e isso pode ser a qualquer momento!). Esse objeto se localiza na constelação e Orion.

Também chamada de Alpha Orionis (α Orionis) essa estrela possui um raio de aproximadamente 887 ± 203 Rꙩ (DOLAN, M. M. et al, 2016).

Figura 5: Betelgeuse ao lado do Sol em escala. Fonte: Elaborado pelos autores.

6. COMPARAÇÃO DAS GRANDEZAS RAIO, ÁREA E VOLUME

Pode parecer um tanto quanto assustador perceber que as estrelas apresentam diferenças de tamanho tão grandes, mas será que você deu a devida atenção a essa informação? Qual a noção que podemos abstrair em relação a sua área e seu volume?

Vamos recorrer a boa e velha Matemática: estrelas são esféricas – ou melhor dizendo, são bolas de gás muito quente – então a área e o volume podem ser descritos por:

Onde R é o raio da estrela (o mesmo que conversamos anteriormente!).

Agora veja só! É muito conveniente (para evitar longos discursos) falar que a área da estrela é proporcional ao quadrado do raio e, analogamente, que o volume é proporcional ao cubo do raio. Mas o que isso significa realmente?

Veja só que interessante: a área do Sol, numericamente falando, é um valor assustadoramente gigantesco: 6.082.000.000.000 de quilômetros quadrados. Agora, imagine uma folha sulfite muito grande, tão grande que ela sozinha consiga envelopar toda a superfície do Sol. Perceba que estabelecemos uma referência visual para o que é a área superficial da nossa estrela.

Figura 7: Composição artística do Sol no Universo e um avião de papel para envelopá-lo. Fonte: Adaptado pelos autores de Pixabay.

A estrela Sirius A, precisaria de quase três dessas folhas sulfites para conseguir cobrir a sua superfície – mais especificamente, seriam necessárias 2,9 para que ela fosse envelopada – mas não acaba por aqui, Aldebaran precisaria de 2.034 enquanto Beteugelse iria precisar de incríveis 786.769 folhas.

Em relação ao volume, podemos fazer as seguintes análises: o Sol tem um volume de 1.410.000.000.000.000.000 de quilômetros cúbicos – ou seja, o Sol tem quase um septilhão e meio de quilômetros cúbicos. Façamos uma comparação visual com as outras estrelas também.

Imagine que o Sol seja uma imensa bola de água, e toda essa água seja colocada em uma super bexiga, isso é o que chamamos de volume do Sol. Para comparação, precisaríamos de 5 bexigas idênticas para Sirius A, 91.773,9 bexigas para Aldebaran e 698.864.103,0 para Beteugelse.

Perceba que em volume, Beteugelse é aproximadamente 700 milhões de vezes maior que o Sol!

7. A MASSA É A GRANDEZA DETERMINANTE NO PROCESSO EVOLUTIVO DAS ESTRELAS

Apesar de temos discutido brevemente a respeito dos tamanhos das estrelas, fique sabendo que ele não é o melhor indicador para caracterizá-la. Sem dúvidas a característica – ou formalmente, parâmetro físico – mais importante para definir a vida de uma estrela é a massa (quantidade de matéria – kg).

Isso acontece porque estrelas com diferentes massas, podem ter temperaturas diferentes – por consequência, podem realizar fusão nuclear de diferentes elementos – podem ter tamanhos, brilhos e cores diferentes pelo simples fato de serem mais “pesadas”.

A depender da massa inicial da estrela, podemos realizar algumas previsões para a sua evolução. De 0,08 Mꙩ - 10 Mꙩ ela irá evoluir para uma gigante vermelha, formará uma nebulosa planetária e por fim acabará como uma anã branca.

Se a estrela for um pouco maior, de 10 Mꙩ - 25 Mꙩ, ela passará pelas fases das gigantes e supergigantes vermelhas, explodirá em uma supernova e os resquícios dela formarão uma estrela de nêutrons.

Se a estrela tiver de 25 Mꙩ - 100 Mꙩ, ela irá passar pelas mesmas fases anteriores, com diferença que após a supernova os resquícios da estrela formarão um buraco negro.

Contudo, é importante destacar que: estrelas massivas e maiores possuem um tempo de vida muito pequeno comparado com as estrelas de baixa massa. Isso acontece porque para manter suas altas temperaturas e brilho, elas realizam fusão nuclear de maneira mais intensa, ou seja, consomem o gás que as forma de maneira mais rápida.

Para se ter uma comparação, estrelas do tamanho do Sol ficarão na fase da sequência principal por aproximadamente 11 bilhões de anos ao passo que estrelas com 100 Mꙩ ficarão apenas 1 milhão de anos. Não se preocupe com a nomenclatura “sequência principal”, para essa conversa basta você saber que esta é a fase onde a estrela mantém seu tamanho original.

8. CONSIDERAÇÕES FINAIS.

Se você quiser entender mais a fundo o processo de vida de uma estrela, sugerimos que pesquise sobre o tema evolução estelar.

Nosso objetivo foi deixá-lo inquieto por entender mais um pouco sobre o Universo! Desperte o cientista que existe em você!

Lembre-se de uma coisa: o Cosmos está cheio de perguntas a serem respondidas, e para isso, é preciso que exista alguém disposto a encontrar suas respostas! Um pesquisador não é a pessoa que tem todas as respostas, mas é a pessoa que tem as perguntas!

Quem sabe você não é o próximo astrofísico brasileiro?

REFERÊNCIAS

MAMAJEK, E. E., et al. IAU 2015 Resolution B3 on Recommended Nominal Conversion Constants for Selected Solar and Planetary Properties. Astronomical Union (IAU) , 13 ago. 2015. Disponível em: https://arxiv.org/pdf/1510.07674.pdf. Acesso em: 29 maio de 2021.

EMILIO, M. et al. Measuring the solar radius from space during the 2003 and 2006 mercury transits. Astrophysical Journal (APJ) , v. 750, n. 2, 24 abr. de 2012. Disponível em: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/750/2/135. Acesso em: 29 maio de 2021.

A Family Portrait of the Alpha Centauri System. European Southern Observatory (ESO), 15 mar. 2003. Disponível em: https://www.eso.org/public/news/eso0307/. Acesso em: 25 maio de 2021.

BOND, H. E. et al. The Sirius System and Its Astrophysical Puzzles: Hubble Space Telescope and Ground-based Astrometry.The Astrophysical Journal (APJ) , v. 840, n. 2, 8 de maio de 2017. Disponível em: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aa6af8. Acesso em: 02 de maio de 2021.

>HATZES, A. P., et al. Long-lived, long-period radial velocity variations in Aldebaran: A planetary companion and stellar activity.Astronomy&Astrophysics (A&A) , v. 580, 29 abr. de 2015. Disponível em: https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2015/08/aa25519-14/aa25519-14.html. Acesso em: 02 maio de 2021.

DOLAN, M. M. et al. Evolutionary tracks for Betelgeuse. The Astrophysical Journal (APJ), v. 819, n. 1, 23 fev. 2016. Acesso em: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/0004-637X/819/1/7. Acesso em: 02 de maio de 2021.

COMO REFERENCIAR ESTE ARTIGO:

DA SILVA SANTOS, Gustavo Henrique. BRISSI, Deidimar Alves. Qual é o tamanho das estrelas? Pindorama Ciência: v.02, e20220002, 2022. Disponível em: http://editorapindorama.com.br/pindoramaciencia/artigos/2022_cacadores_de_micrometeoritos/index.com/. Acesso em: xx/xx/2023.