luce delle stelle : emissione termica classificazione spettrale diagramma hr luigi a. smaldone...
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Luce delle Stelle:emissione termica
classificazione spettralediagramma HR
Luigi A. SmaldoneDipartimento di Fisica
Università di Napoli Federico II
Planetario di Caserta
Informazioni sulle Stelle ?? LUCELUCE ? ….. Particelle prive di massa dette FOTONI
(Si muovono, nel vuoto, a velocità c=299 792 458 ms)
Si comportano da:
• Particelle (nell’interazione con la materia)
• Onde (nella propagazione)
Dualismo Onda-Corpuscolo :
Onde ?
• Lunghezza d’onda λ• Frequenza ν=c/λ
Energia del fotone:
hν=hc/λ(h=costante di Planck=6.626×10-34joule per sec)
La famiglia dei fotoni:
• Onde Radio• Microonde• Infrarosso• Visibile
• Raggi Gamma• Raggi X• Ultravioletto
blu400 nm0,4 μm
rosso750 nm0,75 μm
Onde Radio: (è, forse, un qualche …. sauro ?!?)
Onde Radio: Il telescopio per le onde radio (radiotelescopio)
Onde Radio: Una radiogalassia … insieme al visibile !
Onde Radio:Interazioni mareali nel gruppo M81
Distribuzione luce stellare Distribuzione idrogeno (emissione a 21 cm)
Onde Radio: Il centro della Via Lattea nel visibile …e nel radio
Venere nel visibile
Microonde:
Venere … alle microonde
Infrarosso: Impatti della SL9 su Giove
nel visibile (dalla sonda Galileo)
Infrarosso: Impatti della SL9 su Giove
Infrarosso: Impatti della SL9 su Giove
Ultravioletto: archi nella corona solare
Raggi X: Cos’è ???
Raggi X: Il Sole
Raggi X: I resti di una supernova
Raggi Gamma: Tutto l’Universo
λ in metri
T in Kelvin
•Lunghezza d’onda del massimo di emissione
Luce di Corpo Nero:
T
3108979.2
•Flusso complessivamente emesso
4TF •Flusso alle varie λ (legge di Planck)
F in Watt e σ=5.67×10-8 W gradi-4 m –2
1
2),(
5
2
kT
hc
e
hcTF
k=1.3806×10-23 j. per K
Emissione di
Corpo Nero:
In quale colore emettiamo il massimo di luce?
Un caso …. umano: (35 oC = 308.16 Kelvin)
λmax=2.8979×10-3/T
=2.8979×10-3/308.16≈9.41×10-6 m
=9.41 μm
Un caso …. umano: (35 oC = 308.16 Kelvin)
Quanta luce emette un metroquadro di superficie umana ?
F = σT4 = 5.67×10-8 ×308.164 ≈ 511 W m-2
Quanta luce emettiamo? (cilindro di altezza 1.75 m e diametro 0.45 m )
L = F×S =511 × 2.45 = 1252 W
Non vi illudete : non si dimagrisce così !
Siamo immersi in un ambiente a Ta
Lnetta=σ(T4-Ta4)×S =216 W=4300
Cal/giorno
e … se teniamo conto di peli e vestiti, ≈ 2000
= 0.3 Cal/sec = 1080 Cal/ora = 26000 Cal/giorno
Le stelle: (T* e R* sono temperatura superf. e raggio)
•Flusso totale alla superficie della stella (potenza emessa da 1 m2 di stella)
4** TF
•Luminosità totale (potenza emessa da tutta la superficie della stella)
4*
2**
2** 44 TRFRL
•flusso totale a Terra (potenza ricevuta da 1 m2 di telescopio a distanza d dalla stella)
4*2
2*
*2
2*
2*
4
4
4T
d
RF
d
R
d
Lf
Come misurare la temperatura delle stelle?•f lo possiamo misurare
ma per determinare T* occorrono R* e d !!!!
Per il SOLE:T =5800 K R = 6.96×108 m
L = 3.8×1026 wd = 1.49×1011 m
f = 1.36 Kw
Forse c’è la soluzione:Se osserviamo con un filtro blu:
1
2
*
5
2
2
2*
kThc
G
G
G
G
e
hc
d
Rf
1
2
*
5
2
2
2*
kT
hc
B
B
B
B
e
hc
d
Rf
Se osserviamo con un filtro giallo:
1
1
*
*
5
5
kT
hc
kT
hc
G
B
B
G
B
G
G
B
e
e
f
f
Il loro rapporto sarà:
Abbiamo il Termometro Stellare!
Come si interpretano i colori … in questa immagine?
COLORE = Temperatura
Gli strani ed antichi astronomiIpparco (II secolo a.C.): primo catalogo astronomico
Stelle classificate in 6 grandezze (magnitudo) in base allo stimolo luminoso:
•I grandezza: le stelle più brillanti visibili ad occhio nudo
•…………………………
•VI grandezza: le stelle meno brillanti visibili ad occhio nudo
La classificazione dipende da:
1. flusso a terra f = L /4πd2
2. risposta dell’occhio (rivelatore logaritmico, a differenza costante di grandezza corrispondono rapporti costanti in flusso)
Magnitudine apparente:Pogson (II metà del 1800): inquadrare grandezze
m = -2.5 log f + c•c (costante di zero): fissata in modo che per la stella Polare sia mP=2.12
• mSole = -26.78 e mSirio = -1.46
Filtri colorati: magnitudine b e v
b = -2.5 log fb + cb v = -2.5 log fv + cv
Indice di colore (temperatura):
b-v = -2.5 log (fb / fv ) + costante
m dipende da:•luminosità (intrinseca) della stella L
•distanza d della stella
Magnitudine Assoluta M:
M = -2.5 log L + C• C : fissata in modo che m ed M coincidano per stelle poste a d=10 pc
M = m + 5 – 5 log d (d in pc)
m–M = 5 log d -5 modulo di distanza
Spettri:
Spettri:
Spettri:
Spettri Stellari:
Classificazione Spettrale:SPETTRI STELLARI …
Corpo Nero e Righe assorbimento di elementi diversi
??? … meglio classificare(iniziò padre Angelo Secchi)
Classi Spettrali
ABCDEFGHIJKLMNOPQRS← forte predominanza righe H assenza righe H →
- Anni ’20: sviluppo meccanica quantistica …
Stelle all’elio, all’idrogeno … ed al limone ???
Fattore predominante: TEMPERATURA
Tipo Spettrale :
Classi Spettrali Temperatura
O B A F G K M
Ogni classe è divisa in 10 sottoclassi:
G0, G1, G2. ……...,G9
(il Sole è G2)
Tipo Spettrale (bis) :
Tipo Spettrale (ter):
O
B
A
F
G
K
M
T > 30 000 K
30 000>T > 11 000
11 000>T > 7 500
7 500>T > 5 900
5 900>T > 5 200
5 200>T > 3 900
3 900>T > 2 500
La Forma delle RigheA parità di temperatura (Tipo Spettrale) … la forma delle righe varia:
• molto diffuse (larghe ma poco intense)
• strette ed intense
La Forma delle RigheA parità di temperatura (Tipo Spettrale) … la forma delle righe varia:
• molto diffuse (larghe ma poco intense)
• strette ed intense
Meglio …. classificare !
Classi di Luminosità
Forma righe Classe Nomemolto strette Ia O super supergiganti brillanti
Iasupergiganti brillanti
Ibsupergiganti normali
II giganti brillanti
III giganti rosse
IV sub-giganti
V nane sequenza principale
VI sub-nane
molto larghe VII nane bianche
Parametro che controlla l’allargamento:
PRESSIONE SUPERFICIALE
≈ Massa/Raggio
La massa varia poco !
Perché i nomi:
L=4πR2σT4
•H: astr. danese E. HERTZSPRUNG (1911)
•R: astr. americano H. RUSSEL (1913)
Diagramma H-R
DiagrammaLUMINOSITÀ – TEMPERATURA
(per le stelle)
4*
2** 4 TRL
costRTL *** log2log4log
Diagramma H-R (2)
Diagramma H-R (3), schematico
Diagramma H-R (4) 4*
2** 4 TRL
Diagramma H-R: rette di ugual raggio4
*2** 4 TRL costRTL *** log2log4log
Ogni stella al suo posto
Nella lavastoviglie non c’è posto per …
Nel Diagramma H-R … sì !
Nel Diagramma H-R … sì !
3×10-24
308 T
L
Proprietà globali stelle:
•Temperatura:
3 000 50 000 K•Raggi:
0,01 1000 raggio del Sole•Masse:
0,1 50 massa del Sole
•Luminosità:
0,0001 1 000 000 luminosità del Sole
Perché è molto popolata la sequenza principale??
Se un extraterrestre ha a disposizione solo un minuto per studiarci, come puo’ fare ?
Osservandoci tutti simultaneamente !!
Grande durata
Breve durata
Effetto di selezione
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