Il colore delle stelle

Allora?
Allora avete osservato di che colore sono le stelle?
Ancora bianche?
Non avevo dubbi, ad occhio nudo è difficile notare il colore delle stelle. Tranne qualche sfumatura.
Eppure le stelle hanno un colore. Tutte – rispondo al mio curiosone di cane che mi aveva posto la dommanda.
Ma devo essere chiaro con lui spiegando le cose per benino.
Comincio dal Sole. Perché anche il sole è una stella.

Il Sole che è la stella più vicina a noi e che osserviamo indirettamente tutti i giorni ha un bel colore: un giallo intenso. Ecco che abbiamo già fissato un colore di una stella.
Il motivo sta nel fatto che il sole come le stelle, tutte, sono delle immense fornaci.
Queste fornaci si comportano come delle gigantesche centrali nucleari. Bruciano idrogeno e raggiungono temperature elevatissime. E’ questa una caratteristica delle stelle.
Quindi, possiamo già dire che il colore delle stelle dipende dalla loro temperatura.
Più esattamente gli oggetti più caldi emettono molta più energia, rispetto a quelli freddi, a tutte le lunghezze d’onda, dal momento che hanno una energia media più alta in tutti i fotoni.

A seconda della temperatura, cioè del colore, le stelle vengono classificate in 7 classi diverse ciascuna delle quali, a sua volta è divisa in 10 sottoclassi.

A partire dalla temperatura più alta, abbiamo stelle:
Tipo O: azzurre, molto luminose e massicce, con temperatura superficiale fra 22.000 e 33.000 °C;
Tipo B: bianco – azzurre con temperatura superficiale compresa tra 11.000 e 17.000 °C ;
Tipo A: bianco – verdi con temperature superficiali comprese tra 8.000 e 11.000 °C;
Tipo F: verdi con una temperatura superficiale compresa tra 7.000 e 8.000 °C;
Tipo G: gialle con una temperatura superficiale compresa tra 5.000 e 6.000 °C; (La stella Sole è classificata come una G0)
Tipo K: giallo – arancione con temperatura superficiale tra 3.500 e 5.000 °C;
Tipo M: rosse con una temperatura superficiale compresa tra 2.500 e 3.500 °C

Il colore dele stelle

Il motivo per cui le stelle hanno diversi colori rimase un mistero fino a due secoli fa, quando i fisici svilupparono un’adeguata comprensione della natura della luce e delle proprietà della materia alle altissime temperature.

Ogni oggetto con temperatura superiore allo zero assoluto (in pratica qualsiasi oggetto reale) emette spontaneamente radiazione. Questo significa che ogni corpo emette calore e di conseguenza una radiazione.
Un prisma poteva scomporre la luce in colori. Si scoprì la relazione tra i differenti colori e le temperature.

In realtà in fisica le radiazioni sono onde elettromagnetiche.
La radiazione elettromagnetica è un tipo di energia che viaggia attraverso l’universo in forma di onde in una ampia gamma di lunghezze chiamato spettro elettromagnetico (raggi gamma di alta energia a onde radio a bassa energia, ai raggi X, ultravioletto, visibile, infrarosso, microonde).
Emanate dalle stelle, esse giungono fino a noi e possono essere rilevate dagli spettroscopi. Dall’analisi dello spettro si ricavano moltissime informazioni: temperatura, magnitudine, colori, composizione chimica, velocità della stella rispetto all’osservatore (effetto doppler).

In conclusione, il colore delle stelle è strettamente legato alla “temperatura” e alla riga del suo spettro.

A questo punto avrei finito con la mia spiegazione, ma il mio sapientone di cane, che vuole saperne sempre di più, mi domanda:

Domanda n 4)
Perché le stelle non hanno tutte la stessa temperatura?

La domanda del mio cane, che la sa lunga, potrebbe sembrare banale. In realtà è più complessa di quanto immaginiamo. E lui lo sa.
Sappiamo che tutte le stelle bruciano idrogeno alla stessa maniera, quindi, tutte le stelle dovrebbero avere la stessa temperatura e di conseguenza lo stesso colore. Ma non è così.

Questo dipende, mio caro sapientone  di cane – rispondo – da alcuni fattori tipici di ogni stella. Principalmente dalla massa, luminosità  e dalla età della stella.

Comincio dalla massa.
Le stelle nascono dalle nebulose formate di polvere e gas freddi (soprattutto idrogeno: oltre il 90%).
Ovviamente la massa della stella è determinata dalla quantità di materiale nella nebulosa.

Con il proseguire dell’addensamento e della contrazione, l’energia gravitazionale aumenta e di conseguenza aumenta la temperatura del corpo gassoso, che si trasforma in una protostella. Se la protostella raggiunge alte temperature (circa 15 milioni di K) si genererà una stella; in caso contrario si creerà una nana buia.
Alcune sono così grandi da essere dette supergiganti (con un diametro fino a 800 volte quello del Sole).

Come vedi e come è facile intuire – continuo a spiegare al mio assistente astrofisico – a masse diverse corrispondono temperature diverse.

Ora parliamo della luminosità.
La luminosità delle stelle non è così ovvia da immaginare. Non è come accendere una lampadina.
La luminosità delle stelle dipende dalla sua composizione chimica, ovvero dagli elementi che costituiscono la “fotosfera stellare”.

Affinché oggetti come le stelle siano visibili è necessario che ci sia un flusso di energia che esce dalla superficie della stella. Quindi l’energia prodotta all’interno di una stella deve in qualche modo arrivare fino alla superficie e quindi fuoriuscire da essa.

Una volta raggiunta la superficie della stella questa energia deve attraversare la fotosfera stellare, ovvero gli strati più esterni di una stella. Se la distribuzione di temperatura entro questa regione fosse isoterma, (ovvero uniforme), la distribuzione spettrale sarebbe quella di un Corpo Nero (il corpo nero è idealmente un perfetto emettitore di radiazione), ovvero si avrebbe una distribuzione spettrale continua.

In realtà la fotosfera non è isoterma, inoltre il gas che la costituisce (atomi, molecole etc.) assorbe e riemette parte dell’energia proveniente dall’interno della stella, per cui le luminosità delle stelle possono essere variabili anche a parità di massa e presentare uno spettro discontinuo.

Questo fenomeno è chiamato ‘Spettro di Assorbimento’, ovvero si tratta in realtà di uno spettro che viene generato quando la luce (nel caso della figura la luce della regione del visibile) passa attraverso un mezzo in grado di bloccare solo alcune delle lunghezze d’onda che costituiscono il Continuo, per cui l’aspetto è quello dello spettro continuo con dei “buchi” (righe nere).

La figura chiarisce meglio.

Spettro della luce

Un elemento importate è la relazione che lega la luminosità alla sua temperatura (che riporto solamente per il mio cane altrimenti mi rimprovera di non essere completo nelle esposizioni):
L = 4πR2 σT4
Dove:
R è il raggio delle stella
T è la sua temperatura effettiva
σ è una costante e vale   5,67*10-8
Cosa ci dice questa formuletta?

Che stelle di pari raggio hanno diversa luminosità a seconda la loro temperatura.
Le stelle di pari temperatura hanno diversa luminosità a seconda il loro raggio.

Ora non mi rimane che parlare della vita della stella che influenza la sua luminosità.
Ma il mio cane ha un calo di concentrazione e mi chiede di rimandare al prossimo post.

Inoltre – mi dice – una prolungata spiegazione potrebbe far insorgere una intolleranza alla scienza specialmente in soggetti predisposti.



Perchè le stelle le vediamo bianche


Informazioni su bruce

Ingegnere. Io sono responsabile di quello che dico, non di quello che capisci tu. (Massimo Troisi)
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10 risposte a Il colore delle stelle

  1. MARGHIAN ha detto:

    “Mia composizione”. Bene, c’e chi compone in musica, c’e chi compone.con le immagini😆. Complimenti🙂
    Lo so, seppure non in dettaglio, che c’e una gamma di colori diversi, appunto a seconda delle caratteritiche tipiche di questa o quella stella. “Il sole e’ una stella”, banale..no, perche’ c’e gente come un mio amico, che mi obietto’: “mi dici che anche il sole e’ una stella…ma le stelle, mica fanno caldo! E mèdas ‘nd’arrùinti puru! -e molte ne cadono, perfino!. io a lui: “ma is àtteras istellas funti prùs attèsu..”- “ma le altre stelle sono piu’ lontane..”.-eccetera.. Niente, non ci voleva credere. “Ignoranza scientifica”. Ben vengano i posts come questi. Ciao.

    Marghian

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    • bruce ha detto:

      In realtà la mia composizione è più che altro un montaggio. Le vere composizioni sono altre. Le tue per esempio, che componi musica, dove ci metti del tuo.
      Le mie sono solo a ‘corredo’ di un argomento per renderlo un po’ più ….. scenografico😆 D’altra parte anche l’aspetto vuole la sua parte ( l’abito, anche se non fa il monaco, però lo rende più presentabile😆 ).

      Per quanto riguarda il tuo amico, io non mi meraviglierei, è una persona poco istruita e l’ignoranza ci sta. Cosa diversa è invece quando queste persone frequentano internet, scrivono sui blog e non sanno la differenza tra stelle, pianeti, comete.

      Questi post, a dire il vero, in un certo senso mi vengono veramente ispirati dal mio cane. Perchè quando esco con lui, mi osservo le mie stelle, le costellazioni e penso.
      “Ma che c’hai da pensare” – mi sembra che a volte mi dica il mio cane, mentre lui se la passeggia annusando tutto l’annusabile.
      Ciao

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  2. MARGHIAN ha detto:

    vero Bruce, l’abito se non fa il monaco, non solo lo rente piu’ presentabile, ma aiuta a riconoscerlo. Lo so, che l’immagine di una galassia non e’ “composta da te”, ma e’ comunque una tua composizione🙂 nell’averle sapientemente scelte🙂

    Anche nel fare musica, spesso, anzi sempre, si prendono dei “fraseggi” (il fraseggio e’ una serie di note) di altri brani. Magari non lo fai apposta, ma capita che ascontando una composizione, ti vien da dire “sembre…”. Si’, la VERA composizione e’ musica, poesia, o pittura. Pero’, si dice anche “comporre un numero di telefono” ed io ho voluto scherzare, ma con una punta id serieta’, sulla frase “mia composizione”. Vero anche che il mio amici e’ “poco istruito”- anche se mio padre aveva solo la 3^ elementare e, gli spiegavo una cosa di astronomia, se la teneva a mente-. Purtroppo c’e gente con la laurea- umanistica, difficilmente un medico non sa almeno che il sole e’ una stella- e che non sa che la Luna e’ piu’ piccola della Terra ne’ ha idea delle dimensioni di una cometa. “Soltanto?” se sente dire che hanno un diametro di pochi chilometri o c’e chi crede che siano oggetti incandescenti, e non fatti di ghiaccio, eccetera. Ciao, un salutone a Blef..”tutto l’annusabile”, questa e’ forte 😆
    (Un cane sapiente forse prenderebbe come riferimento la..velocita’ dell’olfatto (non quella della luce😆 ) per la sua relativita’…sul cibo🙂.)

    Marghian

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  3. MARGHIAN ha detto:

    Pero’-non e’ battuta- mi chiedo davvero a che velocita’ si espandono le molecole nell’aria. La gatta, se per esempio, si trova lontano da me di tre stanze, appena dico appena apro il kitekat, in barattolo od i bustina, e’ gia’ fra le mie gambe che salta…ma dopo uno o due secondi! E la mia casa e’ grande..dalla c.ucina al salone, per esempio, sono almeno 8-10 metri. Velocita’ dell’olfatto, credo, meno di un secondo, se dal salone Nives piomba subito in cucina in un secondo, poco piu’. Ciao.

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  4. MARGHIAN ha detto:

    A meno che non associ determinati suoni, quando apro lo sportello della credenza, o lo scatto che fa il barattolo quando tiro la linguetta per aprirlo, boh… Blef lo sa, sicuro😆

    Buon week end.

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  5. MARGHIAN ha detto:

    Un saluto-anche a Blef – veloce veloce- poco meno della luce-, ho appena fatto un post…niente di impegnativo, e’ su una canzone dei Creedence clearwater revival, ciao e buona domenica🙂

    Marghian

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  6. MARGHIAN ha detto:

    Ciao Bruce. Mi sto domandando una cosa. “Il red shift”(scivolamento verso il rosso), prodotto dall”effetto doppler dovuto alla velocita’ di allontanamento delle galassie, non e’ forse “inquinato” dalla materia intergalattica e soprattutto interstellare? Un determinato “rossore”, chiamiamolo cosi’, e’ dovuto al red shift ed in piu’…ad un ulteriore tendenza al rosso dovuta al mezzo interstellare. Come si riesce a “scorporare” l’arrossamento dovuto alla velocita’ di allontantamento da quello imputabile alla materia intergalattica ed interstellare? E’ possibile che un ammasso di galassie appaia,un po’ piu’ lontana di quanto non suggeriscano i calcoli basati sul red-shift?

    Chiaro che il “colore” degli ammassi di galassie non puo’ essere osservato da noi ad occhio nudo, ma tramite Hubble-e simili- si’. Ciao.

    Marghian

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    • bruce ha detto:

      Giuste osservazioni, grande marghian.
      Proviamo a ragionare (noi che non siamo degli astrofisici, Bleff non si esprime per cautela scientifica, furbo lui).

      Osservare l’universo dalla Terra, è come osservarlo dal centro di una sfera (sfera celeste).
      Cosa vediamo?
      Generalemnte stelle della nostra galassia. Galassia che ruota su se stessa. Questo significa che tutte le stelle si spostano avanti e indietro rispetto al nostro punto di osservazione.
      L’assorbimento della materia sparsa nel vuoto rimane costante (per la costanza della materia) ed influisce poco (credo) sulla variazione della frequenza. Voglio dire che lo spettro praticamente non cambia se non nella intensità.

      Ora misurando Il red shift delle stelle della nostra galassia si riesce a capire il suo spostamento in avanti o indietro.
      Stesso discorso sulla via Lattea e delle galassie. E’ sullo red shift delle galassie che (sembra) che l’unverso è in espansione.
      Tecnicamente di più non so. Si dovrebbero registrare e analizzare specificatamente gli spettri stella per stella, galassia per galassia, e vedere gli spostamenti nel tempo (come credo che si faccia)
      Ciao marghian.

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  7. Elisabetta Lelli ha detto:

    Io non mi permetto di aggiungere qualcosa… Grande anche Marghian!
    (Coccole a Bleff. Sempre ♥)

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  8. MARGHIAN ha detto:

    Ciao Bruce. Sei stato molto chiaro, e..ti confesso che avevo una mezza (anzi, piu’ altra mezza) idea che fosse cosi’, ma volevo una conferma. “Costanza della materia” e, aggiungo io, su una distanza di un ammasso di galassie degli ordine dei cinque sei miliardi di anni- luce, la differenza dovuta all’assorbimento magari e’ irrilevante, mentre quello dovuto all’allontanamento, credo sia notevole (si parla di un..miliardo di anni-luce”) e c’e da dire che la materia intergalattica e’ molto piu’ rarefatta che la materia interstellare dentro una galassia. “E’ sullo red shift delle galassie che (sembra) che l’unverso è in espansione”. Infatti io scrivo “tra gli ammassi di galassie”, tanto che Andromeda e la Via lattea si avvicinano…. e cioie’ su distanze piccole (enormi comunque) prevale..il movimento NELLO SPAZIO (Andromeda e Via lattea che si avvicinano); fra gruppi di ammassi, su distanze grandi dell’ordine dei miliardi di anni- luce, diventa apprezzabile l’espansione…dello spazio. Vediamo gli ammassi di galassie allontanarsi, e sicuramente dentro quell’ammmasso vi sono galassie che si avvicinano tra loro (movimento..nello spazio degli oggetti, da non confondere con l’espansione DELLO spazio, apprezzabile solo su vasta scala, non “da qui a Sirio” tanto per fare un esempio. Il movimento avanti e indietro di una stella della nostra galassia non e’ “espansione dell’universo”, mentre lo e’ la osservazione di ammassi di galassie lontanissimi da noi- e noi, rispettivamente, da esse.

    “Si dovrebbero registrare e analizzare specificatamente gli spettri stella per stella, galassia per galassia, e vedere gli spostamenti nel tempo (come credo che si faccia)”. Penso anche io, anche in riferimento ad osservazioni di particolari stelle (cefeidi, stelle del tipo “mira ceti” dove magari con l’effetto doppler si puo’ vedere che la superficie della stella si “allontana” per esempio, quando si contrae), “Avanti ed indietro”: sistemi di stelle doppie, con una stella che si avvicina e l’altra che si allontana, e che poi “invertono i ruoli” dopo mezzo giro reciproco..eccetera, ciao Bruce-e blef-.

    Un saluto anche a Elisabetta Belli (mi pare che anche tu ti interessi di queste cose…o no? Credo di si’🙂 )

    Marghian

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