Stelle: classificazione spettrale, leggi di Kirchoff

Gli astronomi hanno scoperto oltre 400 possibili pianeti che orbitano intorno alle stelle oltre il nostro sistema solare che danno spettri caratteristici
Le scoperte in ambito astronomico sono fatte con l’ausilio di numerose tecniche tra cui quella:

• delle velocità radiali
• il metodo del microlensing
• il metodo astrometrico e il timing.

I metodi spettroscopici sono tra quelli che forniscono importanti informazioni agli astronomi.

Ogni elemento chimico produce infatti un’impronta sullo spettro, come il codice a barre posto su qualsiasi prodotto si acquista al supermercato e queste “impronte digitali” chimiche rivelano la composizione di una stella.

Leggi di Kirchoff

L’interpretazione di uno spettro stellare trae origine dalle leggi di Kirchoff dovute al fisico e matematico tedesco Gustav Robert Georg Kirchhoff.

1)  un corpo solido o liquido o un gas denso, portati all’incandescenza, emettono radiazioni a tutte le lunghezze d’onda dando uno spettro continuo come nel caso del corpo nero, materiale che emette una radiazione contenente tutte le lunghezze d’onda

2)  un gas rarefatto incandescente dà uno spettro di emissione continuo emettendo radiazioni a determinate lunghezze d’onda tipiche degli elementi o dei composti presenti nel gas

3)  un gas rarefatto, di fronte a una sorgente di radiazione continua a temperatura maggiore dà uno spettro di assorbimento a righe alle stesse lunghezze d’onda presenti nello spettro di emissione.

La radiazione solare è l’energia radiante fornita da reazioni di fusione nucleari che avvengono nel nucleo solare e che generano radiazioni elettromagnetiche a varie lunghezze d’onda che si propagano nello spazio.

Spettri delle stelle

Lo spettro del Sole è costituito da due parti, un fondo continuo con i colori dell’ arcobaleno e le righe scure di assorbimento di Fraunhofer.

Lo spettro continuo è attribuito a quella parte della superficie solare opaca e calda, più o meno profonda, detta fotosfera. Le righe di Fraunhofer hanno origine negli strati più alti e più freddi dell’ atmosfera solare, conosciuta come cromosfera .

Gli spettri presentano righe diverse a seconda delle specie contenute nei corpi celesti.

Sulla base di tali differenze le stelle sono classificate in diverse classi spettrali che sono indicate con le lettere OBAFGKM. Si ricorre a una frase inglese per ricordare tale sequenza : Oh Be A Fine Girl Kiss Me.

Tali lettere rappresentano una sequenza di temperature. Le stelle aventi le temperature maggiori sono classificate come O fino ad arrivare a quelle a temperatura minore classificate come M.

Curve di Planck

L’aspetto esterno delle stelle dipende più fortemente dallo spettro continuo dovuto alle parti interne di una stella piuttosto che dall’assorbimento sulla sua superficie. Gli spettro continui per la parte interna selle stelle a diverse temperature sono descritte dalle curve di Planck dal nome dello scienziato Max Planck che ne sviluppò una spiegazione teorica nel 1900.

Si noti che quando la temperatura aumenta la quantità totale di energia luminosa prodotta (l’area sotto la curva). La lunghezza d’onda del picco si sposta a lunghezze d’onda minori e quindi a radiazioni più energetiche

 Se siamo in grado di misurare l’intensità della radiazione emessa da una stella a diverse lunghezze d’onda, possiamo provare a tracciare e adattare una curva di Planck per essa. A rigor di termini questo è valido solo se le stelle sono corpi neri. In effetti una stella si avvicina abbastanza bene a un corpo nero anche se la sua curva spettrale effettiva non si adatta perfettamente. Una volta ottenuta la curva spettrale della stella, possiamo determinare la lunghezza d’onda alla quale l’emissione raggiunge il picco. La legge di Wien dà il nome alla relazione diretta tra la lunghezza d’onda di picco e la temperatura. Applicando questo possiamo determinare la temperatura equivalente del corpo nero per la stella