Uno sguardo al cielo notturno sopra la Terra mostra che alcune stelle sono molto più luminose di altre. Tuttavia, la luminosità di una stella dipende dalla sua composizione e da quanto è lontana dal pianeta.
Gli astronomi definiscono la luminosità della stella in termini di magnitudine apparente — quanto luminosa appare la stella dalla Terra — e magnitudine assoluta — quanto luminosa appare la stella ad una distanza standard di 32,6 anni luce, o 10 parsec. (Un anno luce è la distanza che la luce percorre in un anno — circa 6 trilioni di miglia, o 10 trilioni di chilometri., Gli astronomi misurano anche la luminosità – la quantità di energia (luce) che una stella emette dalla sua superficie.
Misurare la luminosità delle stelle è un’idea antica, ma oggi gli astronomi usano strumenti più precisi per ottenere il calcolo.
Dai greci ai tempi moderni
Più di 2.000 anni fa, l’astronomo greco Ipparco fu il primo a fare un catalogo di stelle in base alla loro luminosità, secondo Dave Rothstein, chi ha partecipato alla Cornell University, per “Chiedere Un Astronomo” sito nel 2003.,
“Fondamentalmente, ha guardato le stelle nel cielo e le ha classificate in base a quanto appaiono luminose: le stelle più luminose erano “magnitudine 1”, le successive più luminose erano “magnitudine 2″, ecc., fino a ‘magnitudine 6’, che erano le stelle più deboli che poteva vedere”, scrisse Rothstein.
Gli occhi umani, tuttavia, non sono molto esigenti. Grandi differenze di luminosità in realtà appaiono molto più piccoli utilizzando questa scala, Rothstein ha detto., I dispositivi ad accoppiamento carico (CCD) sensibili alla luce all’interno delle fotocamere digitali misurano la quantità di luce proveniente dalle stelle e possono fornire una definizione più precisa della luminosità.
Usando questa scala, gli astronomi ora definiscono la differenza di cinque magnitudini come avente un rapporto di luminosità di 100. Vega è stata utilizzata come stella di riferimento per la scala. Inizialmente aveva una magnitudine di 0, ma una strumentazione più precisa lo ha cambiato in 0.3.
magnitudine Apparente vs magnitudine assoluta
Quando prendendo la Terra come un punto di riferimento, tuttavia, la scala di grandezza non riesce a rappresentare il vero le differenze di luminosità tra le stelle. La luminosità apparente, o magnitudine apparente, dipende dalla posizione dell’osservatore., Diversi osservatori troveranno una misurazione diversa, a seconda delle loro posizioni e della distanza dalla stella. Le stelle che sono più vicine alla Terra, ma più deboli, potrebbero apparire più luminose di quelle molto più luminose che sono lontane.
“È la luminosità ‘vera’ — con la dipendenza dalla distanza fattorizzata — che è di maggior interesse per noi come astronomi”, ha dichiarato un corso online di astronomia dell’Università del Tennessee.,
“Pertanto, è utile stabilire una convenzione in base alla quale possiamo confrontare due stelle sullo stesso piano, senza variazioni di luminosità dovute alle diverse distanze che complicano il problema.”
La soluzione era implementare una scala di magnitudine assoluta per fornire un riferimento tra le stelle. Per fare ciò, gli astronomi calcolano la luminosità delle stelle come apparirebbero se fossero 32,6 anni luce, o 10 parsec dalla Terra.
Un’altra misura della luminosità è la luminosità, che è la potenza di una stella — la quantità di energia (luce) che una stella emette dalla sua superficie., Di solito è espresso in watt e misurato in termini di luminosità del sole. Ad esempio, la luminosità del sole è di 400 trilioni di trilioni di watt. Una delle stelle più vicine alla Terra, Alpha Centauri A, è circa 1,3 volte più luminosa del sole.
Per capire luminosità dalla magnitudine assoluta, bisogna calcolare che una differenza di cinque sulla magnitudine assoluta scala è l’equivalente di un fattore 100 la luminosità scala — per esempio, una stella con una magnitudine assoluta di 1 è 100 volte più luminosa di una stella con una magnitudine assoluta di 6.,
Limitazioni di magnitudine assoluta
Mentre la scala di magnitudine assoluta è il miglior sforzo degli astronomi per confrontare la luminosità delle stelle, ci sono un paio di limitazioni principali che hanno a che fare con gli strumenti che vengono utilizzati per misurarla.
In primo luogo, gli astronomi devono definire quale lunghezza d’onda della luce stanno usando per effettuare la misurazione. Le stelle possono emettere radiazioni in forme che vanno dai raggi X ad alta energia alla radiazione infrarossa a bassa energia. A seconda del tipo di stella, potrebbero essere luminose in alcune di queste lunghezze d’onda e dimmer in altri.,
Per risolvere questo problema, gli scienziati devono specificare quale lunghezza d’onda stanno utilizzando per effettuare le misurazioni di magnitudine assoluta.
Un’altra limitazione chiave è la sensibilità dello strumento utilizzato per effettuare la misurazione. In generale, poiché i computer sono avanzati e la tecnologia dello specchio del telescopio è migliorata nel corso degli anni, le misurazioni effettuate negli ultimi anni hanno più peso tra gli scienziati rispetto a quelle effettuate molto tempo fa.
Paradossalmente, le stelle più luminose sono tra le meno studiate dagli astronomi, ma c’è almeno uno sforzo recente per catalogare la loro luminosità., Una costellazione di satelliti chiamata BRITE (BRight Target Explorer) misurerà la variabilità della luminosità tra le stelle. I partecipanti al progetto six-satellite includono Austria, Canada e Polonia. I primi due satelliti lanciati con successo nel 2013.
Stelle variabili
Mentre molte stelle hanno una luminosità costante, ci sono più di 100.000 stelle variabili conosciute e catalogate. (Anche il nostro sole è variabile, variando la sua produzione di energia di circa lo 0,1%, o un millesimo della sua magnitudine, durante il suo ciclo solare di 11 anni.,) Le stelle variabili sono intrinseche (il che significa che la loro luminosità cambia a causa di caratteristiche come espansione, contrazione, eruzione o pulsazione) o estrinseche (il che significa che una stella o un pianeta passa davanti alla stella e blocca la luce, o che il cambiamento è dovuto alla rotazione stellare.)
Le stelle possono anche cambiare luminosità nel tempo. La Stella Polare o Polaris, ad esempio, avrebbe potuto essere fino a 4,6 volte più luminosa nei tempi antichi di quanto non fosse oggi. Uno studio del 2014 ha notato che la stella si è attenuata negli ultimi decenni, ma poi si è drasticamente illuminata di nuovo., Polaris fa parte della classe delle variabili cefeidi, che sono stelle estremamente luminose che hanno brevi periodi di pulsazione. Le variazioni nella luminosità consentono agli astronomi di calcolare quanto sono lontane queste Cefeidi, rendendole utili “bastoncini di misurazione” se le stelle sono incorporate in galassie o nebulose.
Altri tipi di stelle variabili intrinseche includono variabili cataclismiche (che si illuminano a causa di esplosioni, come durante le esplosioni di supernove) o variabili eruttive (la cui luminosità varia durante le eruzioni sulla superficie, o combinazioni con materia interstellare., Le variabili estrinseche includono stelle binarie eclissanti e stelle rotanti (come le pulsar, i nuclei di supernova la cui radiazione elettromagnetica è visibile solo quando il raggio è diretto verso la Terra.)