Um dos momentos mais valorizados pelos astrónomos é o crepúsculo. À medida que o Sol se põe, o céu escurece e as primeiras estrelas são vistas. No início são duas ou três, mas à medida que os minutos passam tornam-se cada vez mais visíveis; as primeiras a aparecer serão as estrelas mais brilhantes da noite, as últimas, as mais fracas. Mas o seu brilho não é a única coisa que diferencia as estrelas. À medida que a noite avança e o céu escurece, se olharmos de perto, veremos estrelas de vermelho, branco e azul… As estrelas têm cores, e aprender sobre elas nos leva numa viagem fascinante pelas suas vidas.
Durante estas primeiras semanas de primavera, é fácil localizar a constelação de Orion, juntamente com Canis Major e Taurus, pouco depois do pôr-do-sol. À primeira vista, as estrelas podem parecer ter a mesma cor, mas se procurarmos um céu escuro e olharmos mais de perto, notaremos cores diferentes. Sirius (em Canis Major) é branco, Rigel (pé direito de Orion) é azul, Aldebaran (em Taurus) é laranja e Betelgeuse (ombro esquerdo de Orion) é vermelho.
Na casa do astrofísico, as torneiras estão invertidas
O facto de as estrelas virem em cores diferentes não é uma mera curiosidade. A cor fornece um dado fundamental na astrofísica estelar – a temperatura da superfície da estrela. As estrelas mais quentes são azuis e as mais frias são vermelhas, ao contrário do uso de cores na arte e na nossa experiência diária. É por isso que se diz frequentemente que na casa do astrofísico, as torneiras são invertidas: o azul indica quente e vermelho frio.
A classificação das estrelas Morgan-Keenan baseia-se nas cores das estrelas, desde as mais azuis (mais energéticas) até às vermelhas (mais fracas), através dos tipos O B A F F G K M. Como regra mnemônica, a frase Oh Be a Fine Girl(Guy), Kiss Me é freqüentemente usada para nos lembrar delas – uma piada clássica em faculdades ao redor do mundo onde a astrofísica é ensinada.
A classificação de estrelas também normalmente indica o brilho absoluto das estrelas. É importante qualificar isto normalmente, como veremos algumas excepções mais tarde. Estrelas azuis tendem a ser as mais brilhantes, e estrelas vermelhas as mais fracas. Mas os observadores mais experientes irão encontrar à noite estrelas vermelhas que são mais brilhantes do que as brancas ou azuis. Como isso é possível? Deve-se lembrar que, ao observar a partir da Terra, as estrelas estão a diferentes distâncias. Assim, uma estrela vermelha, que brilha suavemente mas está muito perto, parecerá brilhar mais do que uma estrela azul que está muito mais longe.
Parte da temperatura e do brilho, a cor também normalmente – com a mesma qualificação – indica o tamanho de uma estrela: as estrelas azuis mais quentes e energéticas são normalmente maiores e as vermelhas mais pequenas.
Um diagrama estrelado
Conhecendo que pela cor de uma estrela se pode estimar a sua temperatura superficial e geralmente conhecer o seu brilho e tamanho, os astrônomos Ejnar Hertzsprung e Henry Norris Russell colocaram estas características num gráfico conhecido hoje como diagrama Hertzsprung-Russell, que ambos desenvolveram independentemente por volta de 1910.
Neste diagrama H-R, o eixo vertical ordena os tipos de estrelas do mais fraco para o mais brilhante, enquanto o eixo horizontal as ordena do mais quente para o mais frio, levando em conta sua temperatura, cor e classificação estelar. O resultado é um agrupamento diagonal que ordena as estrelas por estas características: esta parte do diagrama é denominada sequência principal.
A maioria das estrelas está na sequência principal. Elas brilham graças às reações de fusão nuclear em seu núcleo, que convertem hidrogênio em hélio. Estas estrelas estão na fase em que estão maduras e passam a maior parte da sua vida activa. Em termos humanos, a sequência principal seria a fase que vai desde os adolescentes até à reforma. Nosso Sol parece estar próximo do ponto médio dessa vida estelar: é uma estrela amarela tipo G média.
A tabela periódica das estrelas
As estrelas podem brilhar por bilhões de anos, mas nada dura para sempre. O combustível que eles usam para as reações nucleares é limitado e eventualmente se esgota. Quando não há mais hidrogênio para queimar, a fusão de hélio toma conta, mas ao contrário do estágio anterior, este é muito mais enérgico. Isto faz com que as estrelas, chegando ao fim de suas vidas, inchem até milhares de vezes seu tamanho original, tornando-se gigantes. A expansão também as faz perder calor na sua superfície, pois elas têm que distribuir mais energia por uma área maior, e é por isso que ficam vermelhas. Estas estrelas gigantes vermelhas são uma exceção e estão localizadas na parte superior direita do diagrama, conhecida como a zona gigante vermelha.
Os gigantes vermelhos não duram muito tempo (em uma escala estelar) e esgotam rapidamente o pouco combustível que lhes resta. Quando isso acontece, a estrela fica sem as reações nucleares no seu interior que costumavam sustentar a estrela; a gravidade então puxa em toda a sua superfície e encolhe a estrela até uma anã. Devido a essa compressão brutal, a energia é concentrada e sua superfície aumenta de temperatura, mudando radicalmente seu brilho para branco. O cadáver de uma estrela é chamado de anã branca. Estes corpos estelares são outra exceção à seqüência principal e estão localizados na parte inferior esquerda do diagrama.
Sem dúvida, uma das maiores conquistas da ciência é a tabela periódica de elementos. Pode-se dizer que o diagrama de Hertzsprung-Russell é a tabela periódica de estrelas. Na sua forma completa, pode parecer um estranho e deformado arco-íris; no entanto, uma vez que sabemos como lê-lo, podemos ver como as diferentes cores das estrelas se relacionam com a sua temperatura, tamanho, brilho e fase de vida estelar, distribuídas de uma forma ordenada e elegante. É um maravilhoso mapa do tesouro para os fãs da astronomia: a chave para saltar para outra dimensão, tanto no conhecimento do cosmos como na capacidade de desfrutar da beleza do firmamento.