Luz Radiación y Materia

Ing. J. Alemán

Semana 3Tema 3: Tópicos de Espectroscopia I

Facultad de Ciencias EspacialesDepartamento de Astronomía y Astrofísica

OBJETIVOS

OG:Exponer los conceptos básicos de la espectroscopia que han permitido conocer propiedades de las estrellas y de otros objetos celestes.

OE1:El estudiante es capaz de explicar en cinco minutos la relación existente entre el color y la temperatura de un objeto.

Las estrellas son inmensas esferas de plasma muy caliente (gas donde los átomos han perdido algunos o todos los electrones). Alrededor de la región desde la que la mayor parte de la luz de la estrella es emitida (la fotosfera) la temperatura del plasma es aproximadamente constante. Se dice que allí la materia esta en equilibrio térmico local.

Espectro de Planck

Una propiedad importante tiene este tipo de espectro: la longitud de onda en la que el cuerpo emite la mayor cantidad de luz esta en proporción inversa con su temperatura: a mayor temperatura menor es la longitud de onda..

…El origen del color de las estrellas reside en la diferente intensidad de la luz en distintas partes del espectro visible.

Índice de Color

El Índice de color es la resta de las magnitudes de un cuerpo astrofísico obtenidas en un filtro y en otro consecutivo de mayor longitud de onda, ejemplo B-V, U-B, etc.

El índice de color como manera de cuantificar el color de los objetos astrofísicos ofrece dos ventajas fundamentales: la primera, es muy fácil de medir. Basta con obtener la magnitud del cuerpo en los dos filtros respectivos y el índice de color se calcula. La segunda ventaja es que es posible calcular una relación aproximada entre el índice de color y la temperatura fotosférica

T ≈

El espectro de los cuerpos astrofísicos

Se llama espectro de una onda de luz a la descripción de cuáles son las componentes monocromáticas que componen la onda compleja y la intensidad en la que esas ondas se mezclan para producir la onda final.

Cuerpo Negro• La energía emitida en distintas longitudes de onda por el cuerpo

tiene un pico en una longitud específica. Estudios experimentales y teóricos han demostrado que la longitud de onda en la que ocurre ese pico se relaciona con la temperatura del cuerpo a través de la relación:

La cantidad de luz emitida por el cuerpo depende básicamente de dos factores: de su área superficial y de una cantidad que se conoce como la radianza. La radianza es la energía emitida por una unidad de área superficial en una unidad de tiempo. La radianza producida por este tipo de cuerpos depende única y exclusivamente de la temperatura a través de la relación:

Cuerpo Negro• La energía emitida en distintas longitudes de onda por el cuerpo

tiene un pico en una longitud específica. Estudios experimentales y teóricos han demostrado que la longitud de onda en la que ocurre ese pico se relaciona con la temperatura del cuerpo a través de la relación:

La cantidad de luz emitida por el cuerpo depende básicamente de dos factores: de su área superficial y de una cantidad que se conoce como la radianza. La radianza es la energía emitida por una unidad de área superficial en una unidad de tiempo. La radianza producida por este tipo de cuerpos depende única y exclusivamente de la temperatura a través de la relación:

Líneas de Absorción

El estudio de las líneas de absorción es una de las más importantes herramientas observacionales en la astrofísica. La determinación de la presencia o no de ciertas líneas y de su intensidad (oscuridad) son evidencia de la presencia o no de ciertos elementos químicos y de su abundancia respectivamente.

Líneas de Absorción y composición química

Cada elemento químico produce un conjunto prácticamente único de líneas de absorción (o de emisión) que permiten identificar su presencia en un gas.

El ancho de las líneas es también un indicativo de la cantidad de un determinado elemento presente en la atmósfera de la estrella.

Líneas de Absorción y la Temperatura

La intensidad y el tipo de líneas que produce un mismo tipo de átomo cambian con la temperatura..

El ancho de las líneas es también un indicativo de la cantidad de un determinado elemento presente en la atmósfera de la estrella.

Líneas de Absorción y la Densidad

Las líneas de absorción permiten saber que tan enrarecidos o concentrados están los gases en la estrella.

A mayor densidad más anchas son las líneas de absorción de una estrella.

Líneas de Absorción y familias espectrales

Clasificación Espectral

Sistema de clasificación espectral de Harvard.

El sistema de clasificación espectral divide a las estrellas por su espectro en 7 grandes grupos o tipos espectrales. Los tipos espectrales se denotan con letras latinas mayúsculas que no parecen tener el mismo orden que las letras del alfabeto.

Diferencias entre esos espectros condujeron a crear un sistema de subclases que permite refinar la clasificación. Por cada clase se definen entonces 10 subclases que se denotan con un número arábigo empezando en 0 y terminando en 9. La subclase 0 corresponde a los espectros asociados con las estrellas más calientes del tipo.

Clasificación por luminosidad

Dos estrellas con la misma temperatura superficial pero tamaños muy diferentes tendrán espectros distintos debido a que las líneas espectrales en ambas, aunque las mismas, serán de grosores muy diferentes.

Para tener en cuenta las diferencias causadas por la densidad se crearon un conjunto de clases adicionales conocidas como clases de luminosidad y que permiten diferenciar estrellas con el mismo tipo espectral de Harvard pero distinto tamaño. Se los llama tipos de luminosidad porque el tamaño distinto de dos estrellas con la misma temperatura superficial tendrá como consecuencia una diferencia en sus luminosidades.

Clasificación por luminosidad

Se definen 8 clases principales de luminosidad:

Clasificación por luminosidad

Cada clase recibe un sobrenombre:

Ia: Supergigantes luminosas Ib: Supergigantes)

II : Gigantes luminosas III: Gigantes

IV: Subgigantes V: Enanas

VI: Subenanas luminosas), VII: Subenanas

WD: Enanas Blancas

Clasificación por luminosidad

Clas

ifica

ción

por

lum

inos

idad

Diagrama H R

Una estrella específica tiene en el diagrama un lugar particular según sus propiedades. El lugar que ocupa la estrella se determina fundamentalmente a partir de su índice de color y magnitud absoluta.

Diagrama H R

Diagrama H R

Diagrama H R

Sirius A (α CMa)

Notas del Curso Fundamentos de Astrofísica de Jorge I. Zuluaga C., Cap. 2. secciones: 2,5 a 2,7

Lecturas Adicionales:Apéndices al final del documento anterior:Secciones 5 a 7.

Revisión Bibliográfica