Una domanda che molti fanno agli astronomi è: ‘Come fate voi a sapere così tanto dell’universo?”Quando parlo delle stelle, delle galassie, delle loro dimensioni, delle temperature, ecc., io sono chiesto frequentemente come voi ragazzi misurano tutto questo. Beh, questo è il bello della fisica. In fisica, dobbiamo inventare nuovi modi per risolvere un problema e capire meglio il funzionamento del cosmo. In questo articolo, ti mostrerò come gli astrofisici misurano la temperatura delle stelle che si trovano a trilioni di chilometri di distanza.
Gli astrofisici utilizzano diverse tecniche indirette di misurazione della temperatura. Diamo un’occhiata ad alcuni di loro uno per uno.
Legge di spostamento di Wien:
La legge di spostamento di Wien riguarda lo spettro di radiazione di un corpo nero. In base a ciò, la curva di radiazione del corpo nero per diverse temperature raggiungerà il picco a diverse lunghezze d’onda inversamente proporzionali alla temperatura. Utilizzando questa relazione inversa tra lunghezza d’onda e temperatura, è possibile stimare le temperature delle stelle.
Tuttavia, questo è applicabile solo alle stelle con spettri che si avvicinano strettamente a quelli di un corpo nero. Inoltre, dovrebbero essere disponibili anche gli spettri calibrati sul flusso della stella in esame. Tuttavia, questo metodo non fornisce risultati accurati in quanto le stelle non sono corpi neri perfetti.
Legge di Stefan:
Un’altra legge che può essere usata per misurare la temperatura delle stelle è la legge di Stefan. Abbiamo coperto questa legge in dettaglio in the Basics of Astrophysics series. La legge di Stefan-Boltzmann descrive la potenza irradiata da un corpo nero in termini di temperatura. Secondo questa legge, la potenza termica radiante totale emessa da una superficie è proporzionale alla quarta potenza della sua temperatura assoluta. L = 4πR2σT4 . Qui σ è la costante di Stefan-Boltzmann, L è la luminosità, R e T sono il raggio e la temperatura della stella in esame.
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All’inizio, misuriamo il flusso totale di luce proveniente dalla stella. Quindi, combinando questi fattori, gli scienziati stimano la luminosità. E usando gli interferometri, si può trovare un raggio di una stella. Alla fine, la temperatura viene misurata inserendo tutti questi termini nella formula di Stefan. Il fattore limitante qui è la difficoltà nel misurare i raggi delle stelle più grandi o più vicine. Quindi le misurazioni esistono solo per alcuni giganti e poche decine di stelle di sequenza principale vicine. Tuttavia, questi agiscono come i calibratori fondamentali contro i quali gli astrofisici confrontano e calibrano altre tecniche.
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Dall’analisi dello spettro di una Stella:
sappiamo che gli atomi/ioni hanno diversi livelli di energia. E, la popolazione di questi livelli dipende dalla temperatura. I livelli più alti sono occupati a temperature più elevate e viceversa per i livelli più bassi. Le transizioni tra i livelli possono comportare l’emissione o l’assorbimento della luce ad una particolare lunghezza d’onda a seconda della differenza di energia tra i livelli interessati. Generalmente, una stella è più calda all’interno e più fresca all’esterno. Gli strati più freddi e sovrastanti assorbono le radiazioni che escono dal centro della stella. Ciò si traduce in linee di assorbimento nello spettro che otteniamo.
L’analisi dello spettro consiste nel misurare i punti di forza di queste linee di assorbimento per diversi elementi chimici e diverse lunghezze d’onda. La forza di una linea di assorbimento dipende principalmente dalla temperatura della stella e dalla quantità di un particolare elemento chimico. Tuttavia, molti altri parametri come gravità, turbolenza, struttura atmosferica, ecc., può anche influenzarlo. Questo metodo fornisce misurazioni della temperatura con precisione pari a + / -50 Kelvin.
Rapporto colore – temperatura:
Un altro metodo per misurare la temperatura delle stelle è analizzando il loro colore. Sebbene tutte le stelle appaiano bianche, hanno colori diversi se osservate attentamente. Le variazioni sono il risultato della loro temperatura. Le stelle fredde appaiono rosse e quelle calde sono blu. Misuriamo il colore di una stella con uno strumento chiamato fotometro fotoelettrico.
Ciò comporta il passaggio della luce attraverso diversi filtri e trovare la quantità che passa attraverso ciascun filtro. Le misurazioni dal fotometro vengono convertite in temperatura utilizzando scale standard. Questo metodo è utile quando non è disponibile un buon spettro di una stella. I risultati ottenuti con questo metodo sono accurati fino a + / – 100-200 K. Tuttavia, questo metodo dà scarsi risultati per le stelle più fredde.
Ciascuno dei metodi sopra menzionati ha i suoi vantaggi e limitazioni. Tuttavia, gli astrofisici di tutto il mondo usano ampiamente questi metodi e finiscono per dare risultati soddisfacenti.
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Redattore presso ‘I segreti dell’universo’, ho completato il mio Master in Fisica dall’India e presto entrerò a far parte dell’Istituto di Scienze Spaziali di Barcellona per i miei studi di dottorato sugli esopianeti. Mi piace scrivere di una pletora di argomenti riguardanti le scienze planetarie, l’astrofisica osservazionale, la meccanica quantistica e la fisica atomica, insieme ai progressi che si svolgono nell’industria spaziale.