Dê uma olhada no céu noturno acima da Terra e você verá que algumas estrelas são muito mais brilhantes que outras

Esta visão de campo amplo do céu ao redor da estrela brilhante Alpha Centauri foi criada a partir de imagens fotográficas que fazem parte do Digitized Sky Survey 2. Alpha Centauri é o sistema estelar mais próximo do sistema solar. Crédito da imagem: ESO/Digitized Sky Survey 2

No entanto, o brilho de uma estrela depende de sua composição e a distância que ela está do planeta.

Os astrônomos definem o brilho da estrela em termos de magnitude aparente, quão brilhante a estrela aparece da Terra, e magnitude absoluta, quão brilhante a estrela aparece a uma distância padrão de 32,6 anos-luz, ou 10 parsecs. (Um ano-luz é a distância que a luz percorre em um ano, cerca de 10 trilhões de quilômetros, ou 6 trilhões de milhas.) Os astrônomos também medem a luminosidade, a quantidade de energia (luz) que uma estrela emite de sua superfície.

Medir o brilho das estrelas é uma ideia antiga, mas hoje os astrônomos usam ferramentas mais precisas para obter o cálculo. Especificamente, eles usam o espectro eletromagnético, concentrando-se nos comprimentos de onda visíveis aos olhos humanos. Cada estrela tem um espectro distinto de luz, que aos nossos olhos é representado como uma cor.

"Acontece que o espectro de cores de uma estrela é uma boa indicação de seu brilho real", diz HowStuffWorks. "Os astrônomos podem, portanto, olhar para uma estrela distante e determinar seu espectro de cores. A partir da cor, eles podem determinar o brilho real da estrela. Conhecendo o brilho real e comparando-o com o brilho aparente visto da Terra, isto é, observando como a luminosidade da estrela esmaece uma vez que atinge a Terra, elas podem determinar a distância da estrela".

VISÃO HISTÓRICA

Mais de 2.000 anos atrás, o astrônomo grego Hiparco foi o primeiro a fazer um catálogo de estrelas de acordo com seu brilho durante o século II a.C. Hiparco também estava interessado na evolução em grande escala do céu e trabalhou para entender como as estrelas se encaixam em sua estrutura.

Nossa escala de magnitude atual é baseada em uma estabelecida pelo astrônomo romano Claudius Ptolomeu, que criou um catálogo de estrelas no século II d.C. (Ptolomeu é mais famoso por criar um modelo do universo centrado na Terra, baseado em sua interpretação dos movimentos planetários a olho nu; foi amplamente aceito pela comunidade astronômica até a invenção do telescópio.)

O catálogo de Ptolomeu listava as estrelas das mais brilhantes (que ele considerava de primeira magnitude) às mais fracas (sexta magnitude). Ptolomeu, no entanto, estava limitado, pois só podia ver o brilho das estrelas a olho nu. O telescópio, introduzido no século 17, revelou muito mais estrelas do que o olho humano pode ver. 

Escrevendo em 1610, o antigo observador telescópico Galileu Galilei foi um dos primeiros observadores registrados a falar sobre o poder das observações telescópicas; ele usou o telescópio para observar crateras na lua e luas circulando Júpiter, entre outras coisas.

"De fato, com o espelho você detectará estrelas abaixo de sexta magnitude uma multidão de outras que escapam da visão natural que é acreditável", disse ele em Sidereus Nuncius (The Starry Messenger). "O maior destes... podemos designar como de sétima magnitude". 

Os telescópios em rápida evolução permitiram que os astrônomos vissem objetos cada vez mais escuros, e hoje os telescópios profissionais podem ser bastante sensíveis. “Hoje, um par de binóculos de 50 milímetros mostrará estrelas de cerca de 9ª magnitude, um telescópio amador de 6 polegadas chegará à 13ª magnitude e o Telescópio Espacial Hubble viu objetos tão fracos quanto 31ª magnitude”, segundo a Sky & Telescope.

Crédito da imagem: NASA

Como é difícil distinguir a diferença entre magnitudes a olho nu, no século 19 os astrônomos começaram a discutir ferramentas para medir a magnitude com mais precisão. 

“Eles já haviam determinado que uma estrela de 1ª magnitude brilha com cerca de 100 vezes a luz de uma estrela de 6ª magnitude”, continuou a Sky & Telescope. "Assim, em 1856 o astrônomo de Oxford Norman R. Pogson propôs que uma diferença de cinco magnitudes fosse definida exatamente como uma razão de brilho de 100 para 1. Essa regra conveniente foi rapidamente adotada".

Hoje podemos medir essa diferença usando uma métrica chamada “fluxo”, que define a taxa na qual a energia chega até nós da estrela por unidade de área. Nossa ferramenta de escolha moderna são os dispositivos acoplados carregados sensíveis à luz (CCDs) dentro de câmeras digitais. Notavelmente, uma missão da Agência Espacial Europeia chamada Gaia está em uma busca de longo prazo para medir o brilho das estrelas através de extrema precisão no espaço, o que ajudará a manter nossos catálogos atualizados.

Impressão artística do observatório Gaia da ESA no espaço. Crédito da imagem: ESA

Então agora podemos entender como a escala de magnitude funciona na prática quando olhamos para o céu. Usamos Vega como estrela de referência na medição de magnitude de convenção de longa data; a estrela costumava ser definida na magnitude 0, mas agora é cerca de 0,3 graças a medições mais precisas.

A maioria das pessoas com visão média pode ver objetos tão fracos quanto a sexta magnitude em locais escuros. As estrelas podem ficar tão brilhantes quanto quase -1,5 de magnitude, a Estação Espacial Internacional parece tão brilhante quanto -6 de magnitude e a lua tão brilhante quanto quase -13 de magnitude. O sol, que é muito brilhante para ser visto com segurança a olho nu, está em magnitude quase -27.

MAGNITUDE APARENTE

A constelação de Orion, o caçador brilha acima do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) no deserto do Atacama, no Chile, nesta imagem do embaixador fotográfico do Observatório Europeu do Sul, Yuri Beletsky. Órion é a mais brilhante e mais bonita das constelações de inverno. Algumas de suas estrelas, incluindo Betelgeuse e Rigel, estão entre as estrelas mais brilhantes do céu noturno da Terra. Crédito da imagem: Y. Beletsky (LCO)/ESO

Ao tomar a Terra como ponto de referência, a escala de magnitude não leva em conta as verdadeiras diferenças de brilho entre as estrelas. A magnitude aparente (ou brilho) depende da localização do observador. 

Diferentes observadores chegarão a uma medida diferente, dependendo de suas localizações e distância da estrela. Estrelas ou objetos que estão mais próximos da Terra, mas mais fracos, podem parecer mais brilhantes do que os muito mais luminosos que estão distantes.

"A magnitude aparente de um objeto apenas nos diz o quão brilhante um objeto aparece da Terra. Não nos diz o quão brilhante o objeto é comparado a outros objetos no universo", afirmou a Universidade Las Cumbres.

"Por exemplo, da Terra, o planeta Vênus parece mais brilhante do que qualquer estrela no céu. No entanto, Vênus é realmente muito menos brilhante do que as estrelas; está apenas muito próximo de nós. Por outro lado, um objeto que parece muito fraco da Terra pode realmente ser muito brilhante, mas muito distante".

Para ter certeza, não há problema em falar sobre magnitude aparente ao falar sobre astronomia em um nível amador. A maioria de nós está limitada a usar binóculos ou pequenos telescópios e não precisa realizar cálculos profissionais para desfrutar de nossas observações. Mas os profissionais, estudando estrelas em seu contexto, usam outra métrica chamada magnitude absoluta.

MAGNITUDE ABSOLUTA

A magnitude absoluta, ao contrário da magnitude aparente, nos permite fornecer uma referência para comparar estrelas. A magnitude absoluta calcula o brilho das estrelas como elas apareceriam se estivessem a 32,6 anos-luz, ou 10 parsecs da Terra.

Embora a escala de magnitude absoluta seja o melhor esforço dos astrônomos para comparar o brilho das estrelas, existem algumas limitações principais relacionadas aos instrumentos usados para medi-la.

Primeiro, os astrônomos devem definir qual comprimento de onda de luz eles estão usando para fazer a medição. As estrelas podem emitir radiação em formas que variam de raios-X de alta energia a radiação infravermelha de baixa energia. Dependendo do tipo de estrela, elas podem ser brilhantes em alguns desses comprimentos de onda e mais escuras em outros.

Para resolver isso, os cientistas devem especificar qual comprimento de onda eles estão usando para fazer as medições de magnitude absoluta.

Crédito da imagem: NASA

Outra limitação importante é a sensibilidade do instrumento usado para fazer a medição. Em geral, à medida que os computadores avançaram e a tecnologia dos espelhos dos telescópios melhorou ao longo dos anos, as medições feitas nos últimos anos têm mais peso entre os cientistas do que as feitas há muito tempo.

Paradoxalmente, as estrelas mais brilhantes estão entre as menos estudadas pelos astrônomos, mas há pelo menos um esforço recente para catalogar sua luminosidade. Uma constelação de nanossatélites chamada BRITE (BRight Target Explorer) está medindo a variabilidade do brilho entre as estrelas. Os participantes do projeto de seis satélites incluem Áustria, Canadá e Polônia. Cinco dos satélites ainda estão operacionais em 2022.

Crédito da imagem: Animação: Pieter Degroote (KU Leuven); Imagem de fundo: ESO

ESTRELAS VARIÁVEIS

Embora muitas estrelas tenham um brilho consistente, existem mais de 100.000 estrelas variáveis conhecidas e catalogadas. (Mesmo nosso próprio sol é variável, variando sua produção de energia em cerca de 0,1%, ou um milésimo de sua magnitude, durante seu ciclo solar de 11 anos). 

As estrelas variáveis podem mudar a curto ou longo prazo. Os astrônomos tendem a falar muito mais sobre estrelas variáveis de curto prazo, a menos que estejam interessados em aprender sobre evolução estelar ou cosmologia (que é o estudo da história do universo).

Estrelas variáveis de curto prazo são analisadas de duas formas. Um é intrínseco, ou seja, sua luminosidade muda devido a características como expansão, contração, erupção ou pulsação. A segunda é extrínseca, o que significa que uma estrela ou planeta passa na frente da estrela e bloqueia a luz, ou que a mudança se deve à rotação estelar.

Crédito da imagem: A. Field (STScl)/A. Riess (STScl/JHU)/NASA/ESA

Existem muitos tipos de estrelas variáveis de curto prazo. A mais citada são as variáveis Cefeidas, que são estrelas extremamente luminosas que possuem períodos de pulsação curtos. 

As variações na luminosidade permitem que os astrônomos calculem a distância dessas Cefeidas, tornando-as úteis "vara de medição" se as estrelas estiverem inseridas em galáxias ou nebulosas. Em última análise, isso nos permite estimar a expansão do universo rastreando pela Constante de Hubble, embora os cientistas discordem sobre a rapidez com que a expansão está ocorrendo.

Outros tipos de estrelas variáveis de curto prazo incluem variáveis cataclísmicas, que brilham devido a explosões, como durante explosões de supernovas, ou variáveis eruptivas cujo brilho varia durante erupções na superfície.

Crédito da imagem: Slooh

Quanto às estrelas variáveis de longo prazo, sabemos de pelo menos algumas estrelas que mudaram de brilho ao longo de muitos séculos. A Estrela do Norte ou Polaris, por exemplo, poderia ter sido 4,6 vezes mais brilhante nos tempos antigos do que era hoje. Um estudo de 2014 observou que a estrela diminuiu seu brilho nas últimas décadas, mas depois voltou a brilhar drasticamente.

Finalmente, existem estrelas que são variáveis por razões extrínsecas. Exemplos incluem estrelas binárias eclipsantes, quando uma estrela passa na frente da outra e escurece temporariamente a luz da estrela mais distante que chega à Terra. Outro exemplo é uma estrela em rotação, como um pulsar. Os pulsares são núcleos em rápida rotação de estrelas antigas que explodiram em supernovas, cuja radiação eletromagnética só é visível quando o feixe é direcionado para a Terra.

Crédito da imagem: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Alves et al.

AS 26 ESTRELAS MAIS BRILHANTES

Abaixo estão as 26 estrelas mais brilhantes vistas da Terra, com sua magnitude aparente e magnitude absoluta listadas.

Fonte: Chris Dolan, Departamento de Astronomia da Universidade de Wisconsin-Madison. Ele o adaptou da 18ª edição de 2000.0 de Norton (Longman Sc & Tech, 1989). Crédito da imagem: Fonte: Chris Dolan, Departamento de Astronomia da Universidade de Wisconsin-Madison. Ele o adaptou da 18ª edição do Norton 2000.0 (Longman Sc & Tech, 1989).

♦ Todos os artigos baseados em tópicos são determinados por verificadores de fatos como corretos e relevantes no momento da publicação. Texto e imagens podem ser alterados, removidos ou adicionados como uma decisão editorial para manter as informações atualizadas.

LEITURA E RECURSOS ADICIONAIS

• Para saber mais sobre as estrelas mais brilhantes que são atualmente visíveis no céu noturno, confira EarthSky.org. 
• A NASA também tem um guia útil sobre como encontrar bons lugares para observar as estrelas. 

BIBLIOGRAFIA

• "O que é magnitude absoluta?" Universidade Las Cumbres. (nd, acesso em 23 de janeiro de 2022). https://lco.global/spacebook/distance/what-absolute-magnitude
• "Como os astrônomos medem o brilho das estrelas?" Pandian, Jagadheep D. Pergunte a um astrônomo: Universidade de Cornell. (17 de junho de 2005). http://curious.astro.cornell.edu/about-us/82-the-universe/stars-and-star-clusters/measuring-the-stars/391-how-do-astronomers-measure-the-brightness- de-estrelas-intermediário
• "O Sistema de Magnitude Estelar." Alan MacRobert. Sky&Telescope. (1 de agosto de 2006). https://skyandtelescope.org/astronomy-resources/the-stellar-magnitude-system
• "Como os astrônomos são capazes de medir a distância de uma estrela?" Como as coisas funcionam. (1 de abril de 2000). https://science.howstuffworks.com/question224.htm

Junte-se aos nossos Canais Espaciais para continuar falando sobre o espaço nas últimas missões, céu noturno e muito mais! Siga-nos no facebook, twitter e instagram. Inscreva-se no boletim informativo. E se você tiver uma dica, correção ou comentário, informe-nos aqui ou pelo e-mail: gaiaciencia@gaiaciencia.com.br

Referência:

HOWELL, Elizabeth. Brightest stars: Luminosity and magnitude explained. Space, Nova York, 11, out. 2017. References. Disponível em: <https://www.space.com/21640-star-luminosity-and-magnitude.html>. Acesso em: 03, jun. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.