Astrofísica
Astrofísica é o ramo da física e da astronomia responsável por estudar o universo através da aplicação de leis e conceitos da física, tais como luminosidade, densidade, temperatura e composição química, a objetos astronômicos como estrelas, galáxias e o meio interestelar.
Idade antiga
Na Mesopotâmia, região situada entre os rios Tigre e Eufrates (atual Iraque), surgiram e se desenvolveram vários povos em meados do século XXXV a.C.. Como os primeiros habitantes da região, os sumérios estão entre os primeiros a cultivar a prática da observação astronômica. Inicialmente, suas observações dos astros possuíam um caráter puramente místico, isto é, astrológico, em que há o entendimento de que os astros regem as relações humanas tanto como regem os ciclos naturais das estações. Por volta do primeiro milênio antes de Cristo, no entanto, iniciou-se a prática de observação do céu como um fim próprio, caracterizando as raízes da astronomia enquanto ciência. Isso acarretou as primeiras aplicações de métodos matemáticos para exprimir as variações observadas nos movimentos da Lua e dos planetas.
Idade Moderna
Embora não seja possível datar o início preciso da astronomia, a astrofísica moderna surge no trabalho do astrônomo Johannes Kepler, que formulou as três leis do movimento planetário baseando-se em dados empíricos, coletados pelo astrônomo Tycho Brahe, sobre os planetas do Sistema Solar.[carece de fontes?] As três leis enunciam propriedades das órbitas planetárias: a primeira afirma que tais órbitas são elípticas e contidas em um plano, com o Sol em um dos focos da elipse; a segunda propõe que áreas descritas na elipse pela trajetórias dos planetas, se iguais, serão percorridas em tempos iguais; e a terceira impõe o vínculo de que o quadrado do período de translação T {\displaystyle T} de um planeta ao redor do Sol é proporcional ao cubo da distância média R {\displaystyle R} do planeta ao Sol. Isto é:
Idade Contemporânea
Após formular a teoria da relatividade restrita, o físico alemão Albert Einstein publicou, em 1915, sua teoria da relatividade geral. Essa nova teoria foi construída para expandir os conceitos de relatividade restrita a referenciais não inerciais e propôr uma explicação teórica para o fenômeno da gravidade, anteriormente ausente na lei da gravitação de Newton. Segundo Einstein, a existência de matéria ou energia curva o tecido do espaço-tempo.[carece de fontes?] Com o intuito de entender o mecanismo que produz a energia liberada pelo Sol, o astrônomo Arthur Eddington propôs, em 1920, que a fonte dessa energia seria advinda da fusão nuclear de elementos mais leves em elementos pesados. Após 12 anos da especulação de Eddington, a fusão de isótopos do hidrogênio foi produzida em laboratório. Em 1939, o físico alemão Hans Bethe descreveu detalhadamente o processo de fusão nuclear que ocorre no interior de estrelas, denominado nucleossíntese estelar.
Entre as principais divisões de ramos teóricos e de pesquisa em astrofísica estão as seguintes:
Mecânica celeste
A mecânica celeste estuda o movimento dos astros, que estão submetidos às forças resultantes da atração gravitacional entre corpos celestes, através das leis da mecânica. Assim, essa área encarrega-se, dentre outros, de calcular as distâncias e as posições dos astros do Sistema Solar, determinar massas de estrelas distantes e de outros objetos, calcular órbitas de satélites artificiais em torno da Terra e determinar as trajetórias de sondas espaciais enviadas a outros astros do Sistema Solar. O objetivo da mecânica celeste, similarmente à astrometria, é o de determinar as posições dos astros e como elas variam com o tempo. Porém, diferentemente da astrometria, a mecânica celeste também é embasada teoricamente pela mecânica clássica.
Dinâmica estelar
A dinâmica estelar estuda a estrutura e a evolução de sistemas gravitacionais de muitos corpos, enquanto que a dinâmica planetária se interessa por sistemas de poucos corpos. Como diz o nome, na dinâmica estelar, as estrelas são um elemento sempre presente, apesar de nem sempre serem o principal componente como, por exemplo, em aglomerados de galáxias, onde a principal componente do sistema dinâmico é a chamada matéria escura.
Efeito Doppler relativístico
Analogamente ao efeito Doppler clássico, o efeito Doppler relativístico refere-se à mudança da frequência percebida por um observador em movimento relativo à fonte de emissão da onda. No entanto, a versão relativística ocorre em uma onda eletromagnética, desviando a luz para frequências mais baixas (em direção ao vermelho) se a fonte afasta-se relativamente ao observador; e desviando a luz para frequências mais altas (em direção ao azul) caso a fonte esteja se aproximando. Esse fenômeno é resultado da relatividade restrita, embasada matematicamente pelas transformações de Lorentz. No início do século XX, em torno de 1910-1912, começou o estudo espectral das galáxias.[carece de fontes?] Em torno de 1917 o astrônomo holandês Willem de Sitter demonstrou teoricamente através da relatividade geral que o Universo se expandia, faltando apenas a comprovação "prática".[carece de fontes?]
Espectrometria
Fazendo-se uma análise espectrográfica através do espectrofotômetro de absorção atômica temos como verificar se um astro está se movendo, em que direção e velocidade. Podemos saber se existe um desvio da luz causado pela gravidade de algum corpo próximo, a composição das estrelas e dos gases que estão dispersos, entre estas e o instrumento que faz a medição. Sempre quando verificamos o espectro de uma estrela, observamos que suas linhas espectrais desviam para o vermelho. Isto se dá, porque ela está se afastando, ao contrário, se estiver se aproximando, o desvio será para o azul. As falhas devido à absorção atômica indicam sua composição. A distância entre linhas espectrais indica vários parâmetros, inclusive a presença de gases e poeira entre a estrela e a Terra.
