O diagrama de Hertzsprung-Russell

O satélite Gaia, da ESA, posicionou mais de quatro milhões de estrelas em um único gráfico de cor e brilho.

Um gráfico que organiza as estrelas

No início dos anos 1900, dois astrônomos, Ejnar Hertzsprung na Dinamarca e Henry Norris Russell nos Estados Unidos, representaram separadamente estrelas conforme o brilho e a cor ou classe espectral. Se as estrelas fossem aleatórias, os pontos ficariam espalhados por toda parte. Não ficaram. A maioria se concentrou numa faixa diagonal, com um grupo separado de estrelas frias e brilhantes acima dela e, mais tarde, um grupo de estrelas quentes e fracas abaixo. Hoje o gráfico se chama diagrama de Hertzsprung-Russell, ou diagrama HR, e é uma das ferramentas mais usadas na astronomia.

Duas convenções do gráfico costumam confundir. A temperatura está invertida, com as estrelas quentes à esquerda, porque a antiga sequência espectral O B A F G K M era escrita da esquerda para a direita. E os dois eixos são logarítmicos: cada passo para cima no eixo de luminosidade representa dez vezes mais luz, de um décimo de milésimo do Sol a um milhão de Sóis. Sem isso, o Sol e as estrelas fracas ficariam comprimidos numa linha invisível na parte de baixo.

Os grupos

• Sequência principal: a faixa diagonal que vai das estrelas quentes e brilhantes no alto à esquerda às anãs vermelhas frias e fracas embaixo à direita. Essas estrelas fundem hidrogênio no núcleo. Segundo a NASA, cerca de 90% das estrelas pertencem à sequência principal, incluindo o Sol.
• Gigantes: estrelas frias, mas brilhantes, acima da sequência principal, como Arcturus e Aldebaran. A ESA descreve o ramo das gigantes vermelhas como o braço que sai da sequência principal e se curva à direita conforme as estrelas envelhecem e se expandem.
• Supergigantes: ficam no alto do gráfico, como Rigel e Betelgeuse, com dezenas de milhares de vezes a emissão solar ou mais.
• Anãs brancas: estrelas quentes, mas fracas, embaixo à esquerda, como Sirius B, os núcleos remanescentes de estrelas semelhantes ao Sol.

Por que anãs brancas são fracas se são quentes? Use a fórmula da unidade sobre cor: luminosidade = raio² × (temperatura ÷ 5772)⁴. Sirius B tem cerca de 25 200 K, o que por si só faria cada metro quadrado emitir 360 vezes mais luz que a superfície solar. Mas seu raio é de apenas 0.0086 raio solar, e 0.0086² é cerca de 0.000074. Multiplicando, toda a estrela emite cerca de 0.027 vez a luminosidade solar. Betelgeuse funciona ao contrário: é mais fria que o Sol, então cada metro quadrado emite menos, mas tem cerca de 524 000 vezes a área superficial e brilha como dezenas de milhares de Sóis.

É isso que as linhas tracejadas do modelo mostram. Ao longo de cada linha, todas as estrelas têm o mesmo raio, de 0.01 raio solar embaixo à esquerda a 1000 raios solares no alto à direita. As anãs brancas ficam perto da linha 0.01, a sequência principal vai de cerca de 0.1 a cerca de 10, e as supergigantes se aproximam de 1000. Assim, a posição de uma estrela informa três coisas de uma vez: temperatura, luminosidade e tamanho.

Um retrato, não um caminho

É tentador interpretar a sequência principal como uma estrada percorrida por toda estrela. Educadores da NASA ressaltam que ela é, na verdade, um retrato de muitas estrelas de massas diferentes num mesmo instante. A massa determina a posição na sequência principal, com as estrelas pesadas no alto à esquerda e as leves embaixo à direita, e cada estrela permanece perto desse ponto pela maior parte da vida. Só sai quando o hidrogênio do núcleo se esgota, indo para cima e para a direita até virar gigante. Ative ‘Trajetória futura do Sol’ no modelo para ver o percurso aproximado previsto para o Sol, subindo pelo ramo das gigantes e depois descendo às anãs brancas; a linha é um esboço, não um cálculo.