Aula 186 — Dinâmica Galáctica (Curvas de rotação de galáxias)

O professor pergunta: "planetas mais distantes do Sol orbitam mais devagar (Mercúrio é rápido, Netuno é bem mais lento). Você esperaria o mesmo padrão para estrelas orbitando o centro de uma galáxia?" Ouvir hipóteses.

Perguntar: o que significaria se estrelas muito distantes do centro de uma galáxia orbitassem tão rápido quanto estrelas bem mais próximas? Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): achar que a velocidade orbital deveria SEMPRE diminuir com a distância ao centro, como nos planetas do Sistema Solar — essa expectativa, baseada apenas na massa visível de uma galáxia, é exatamente o que as observações reais CONTRARIAM.

Apresentação dos slides 2 a 9: se a massa de uma galáxia estivesse concentrada principalmente em seu centro (como o Sol concentra a massa do Sistema Solar), esperaríamos, pela Lei da Gravitação de Newton, que a velocidade orbital das estrelas DIMINUÍSSE com a distância ao centro (comportamento kepleriano, o mesmo dos planetas). A partir da década de 1970, a astrônoma Vera Rubin mediu com precisão as velocidades orbitais de estrelas em diversas galáxias espirais e encontrou algo inesperado: a velocidade orbital permanece praticamente CONSTANTE mesmo a grandes distâncias do centro, numa curva de rotação achatada, em vez de decrescente — isso resolve o obstáculo do Momento 2 mostrando que a expectativa baseada apenas na massa visível está incorreta. Para que essa curva de rotação plana seja consistente com a gravitação conhecida, deve existir uma quantidade enorme de massa adicional, distribuída num halo muito além do disco visível da galáxia — massa suficiente para explicar as velocidades orbitais observadas, mas que não emite luz suficiente para ser vista diretamente.

Resolução guiada: discutir coletivamente, a partir do gráfico das duas curvas (esperada x observada), em que faixa de distância elas coincidem e em que faixa elas divergem, relacionando a divergência à região onde a massa visível já não é suficiente para explicar a velocidade observada. Em duplas: discutir por que essa massa adicional não pode ser simplesmente "mais estrelas comuns" que passaram despercebidas (estrelas emitem luz, e uma quantidade de massa tão grande em estrelas comuns seria detectável).

Aplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano).

Retomar a pergunta do Momento 1: ao contrário dos planetas do Sistema Solar, estrelas distantes do centro de uma galáxia orbitam praticamente na mesma velocidade que estrelas mais próximas — uma curva de rotação achatada que só faz sentido se existir massa adicional, não visível, distribuída além do disco galáctico.