Strălucirea aparentă a stelelor

(Culorile stelelor. Această expunere de lungă durată arată culorile stelelor. Mișcarea circulară a stelelor de-a lungul imaginii este asigurată de rotația Pământului. Diferitele culori ale stelelor sunt cauzate de temperaturile lor diferite. (Credit: modificarea lucrării lui ESO/A.Santerne))

Tot ceea ce știm despre stele – cum se nasc, din ce sunt făcute, cât de departe sunt, cât de mult trăiesc și cum vor muri – aflăm prin decodificarea mesajelor conținute în lumina și radiația care ajunge pe Pământ. Ce întrebări ar trebui să ne punem și cum găsim răspunsurile?

Ne putem începe călătoria către stele privind cerul nopții. Este evident că stelele nu par toate la fel de strălucitoare și nici nu sunt toate de aceeași culoare. Pentru a înțelege stelele, trebuie mai întâi să le stabilim proprietățile de bază, cum ar fi care sunt temperaturile lor, cât de mult material conțin (masa lor) și câtă energie produc. Deoarece Soarele nostru este o stea, desigur că aceleași tehnici, inclusiv spectroscopia, folosite pentru a studia Soarele pot fi folosite pentru a afla cum sunt stelele. Pe măsură ce aflăm mai multe despre stele, vom folosi aceste caracteristici pentru a începe să adunăm indicii pentru principalele probleme pe care suntem interesați să le rezolvăm: Cum se formează stelele? Cât timp supraviețuiesc? Care este soarta lor finală?

Poate cea mai importantă caracteristică a unei stele este luminozitatea sa – cantitatea totală de energie la toate lungimile de undă pe care o emite pe secundă. Mai devreme, am văzut că Soarele eliberează o cantitate extraordinară de energie în fiecare secundă. (Și există stele mult mai luminoase decât Soarele în Univers.) Pentru a face comparația între stele cu ușurință, astronomii exprimă luminozitatea altor stele în termeni de luminozitate a Soarelui. De exemplu, luminozitatea lui Sirius este de aproximativ 25 de ori mai mare decât a Soarelui. Folosim simbolul L_Soare pentru a indica luminozitatea Soarelui; prin urmare, cea a lui Sirius poate fi scrisă ca 25 L_Soare. Într-un capitol ulterior, vom vedea că dacă putem măsura câtă energie emite o stea și îi cunoaștem și masa, atunci putem calcula cât timp poate continua să strălucească înainte de a-și epuiza energia nucleară și de a începe să moară.

Strălucirea aparentă

Astronomii sunt atenți să distingă între luminozitatea stelei (producția totală de energie) și cantitatea de energie care se întâmplă să ajungă la ochii noștri sau la un telescop de pe Pământ. Stelele sunt democratice în modul în care produc radiații; emit aceeași cantitate de energie în orice direcție în spațiu. În consecință, doar o mică parte din energia emisă de o stea ajunge de fapt la un observator de pe Pământ. Numim cantitatea de energie a unei stele care atinge o anumită zonă (să zicem, un metru pătrat) în fiecare secundă aici pe Pământ strălucirea aparentă a sa. Dacă te uiți la cerul nopții, vezi o gamă largă de străluciri aparente printre stele. Majoritatea stelelor, de fapt, sunt atât de slabe încât ai nevoie de un telescop pentru a le detecta.

Dacă toate stelele ar avea aceeași luminozitate – dacă ar fi ca niște becuri standard cu aceeași putere luminoasă – am putea folosi diferența de strălucire aparentă pentru a ne spune ceva ce dorim foarte mult să știm: cât de departe sunt. Imaginați-vă că vă aflați într-o sală mare de concert sau într-o sală de bal care este întunecată, cu excepția a câteva zeci de becuri de 25 de wați plasate în corpuri de iluminat în jurul pereților. Deoarece sunt toate becuri de 25 de wați, luminozitatea lor (energie la ieșire) este aceeași. Dar de unde stai într-un colț, nu au aceeași strălucire aparentă. Cei din apropiere par mai strălucitori (mai mult din lumina lor ajunge la ochiul tău), în timp ce cei de la distanță par mai slabi (lumina lor s-a extins mai mult înainte de a ajunge la tine). În acest fel, poți spune ce becuri sunt cele mai apropiate de tine. În același mod, dacă toate stelele ar avea aceeași luminozitate, am putea deduce imediat că stelele cu aspectul cel mai strălucitor se aflau în apropiere, iar cele cu aspectul cel mai slab sunt departe.

Pentru a stabili această idee mai precis, amintiți-vă din capitolul Radiații și spectre că știm exact cum se estompează lumina odată cu creșterea distanței. Energia pe care o primim este invers proporțională cu pătratul distanței. Dacă, de exemplu, avem două stele de aceeași luminozitate și una este de două ori mai îndepărtată decât cealaltă, va părea de patru ori mai slabă decât cea mai apropiată. Dacă este de trei ori mai departe, va părea de nouă ori (trei la pătrat) mai slabă, și așa mai departe.

Din păcate, stelele nu au toate aceeași luminozitate. (De fapt, suntem destul de bucuroși de asta, pentru că existența a multor tipuri diferite de stele face ca universul să fie un loc mult mai interesant.) Dar asta înseamnă că dacă o stea pare slabă pe cer, nu putem spune dacă pare slabă deoarece are o luminozitate scăzută, dar este relativ în apropiere, sau pentru că are o luminozitate mare, dar este foarte departe. Pentru a măsura luminozitățile stelelor, trebuie mai întâi să compensăm efectele de estompare ale distanței asupra luminii și, pentru a face asta, trebuie să știm cât de departe sunt acestea. Distanța este printre cele mai dificile măsurători astronomice. Vom reveni la modul în care este determinată după ce vom afla mai multe despre stele. Pentru moment, vom descrie modul în care astronomii specifică strălucirea aparentă a stelelor.