Che cos'è la luminosità e cosa ci dice?

Quanto è luminosa una stella? Un pianeta? Una galassia? Quando gli astronomi vogliono rispondere a queste domande, esprimono la luminosità di questi oggetti usando il termine "luminosità". Descrive la luminosità di un oggetto nello spazio. Le stelle e le galassie emanano vari forme di luce. Che cosa genere di luce che emettono o irradiano racconta quanto sono energici. Se l'oggetto è un pianeta non emette luce; lo riflette. Tuttavia, gli astronomi usano anche il termine "luminosità" per discutere della luminosità planetaria.

Maggiore è la luminosità di un oggetto, più luminoso appare. Un oggetto può essere molto luminoso in più lunghezze d'onda della luce, da luce visibile, raggi X, ultravioletti, infrarossi, microonde, a radio e raggi gamma, spesso dipende dall'intensità della luce emessa, che è una funzione di quanto sia energico l'oggetto è.

Molte persone possono avere un'idea molto generale della luminosità di un oggetto semplicemente guardandolo. Se appare brillante, ha una luminosità più elevata rispetto a quando è debole. Tuttavia, quell'aspetto può essere ingannevole. La distanza influenza anche la luminosità apparente di un oggetto. Una stella distante, ma molto energetica, può apparire più debole per noi di una a energia più bassa, ma più vicina.

Gli astronomi determinano la luminosità di una stella osservando le sue dimensioni e la sua temperatura effettiva. La temperatura effettiva è espressa in gradi Kelvin, quindi il sole è 5777 kelvin. Un quasar (un oggetto iperenergetico distante nel centro di una galassia massiccia) potrebbe raggiungere i 10 trilioni di gradi Kelvin. Ciascuna delle loro temperature effettive determina una luminosità diversa per l'oggetto. Il quasar, tuttavia, è molto lontano, e quindi appare fioco.

La luminosità che conta quando si tratta di capire cosa sta alimentando un oggetto, dalle stelle ai quasar, lo è la luminosità intrinseca. Questa è una misura della quantità di energia che in realtà emette in tutte le direzioni ogni secondo, indipendentemente da dove si trova nell'universo. È un modo di comprendere i processi all'interno dell'oggetto che aiutano a renderlo luminoso.

Un altro modo per dedurre la luminosità di una stella è misurare la sua luminosità apparente (come appare all'occhio) e confrontarla con la sua distanza. Le stelle più lontane appaiono più fioche di quelle più vicine a noi, per esempio. Tuttavia, un oggetto potrebbe anche apparire offuscato perché la luce viene assorbita da gas e polvere che si trovano tra di noi. Per ottenere una misura accurata della luminosità di un oggetto celeste, gli astronomi usano strumenti specializzati, come un bolometro. In astronomia, sono utilizzati principalmente nelle lunghezze d'onda radio, in particolare nell'intervallo del submillimetro. Nella maggior parte dei casi, si tratta di strumenti appositamente raffreddati a un livello superiore allo zero assoluto per essere i più sensibili.

Un altro modo per comprendere e misurare la luminosità di un oggetto è attraverso la sua grandezza. È utile sapere se stai osservando le stelle poiché ti aiuta a capire come gli osservatori possono riferirsi alla luminosità delle stelle l'una rispetto all'altra. Il numero di magnitudine tiene conto della luminosità di un oggetto e della sua distanza. In sostanza, un oggetto di seconda magnitudine è circa due volte e mezzo più luminoso di uno di terza magnitudine, e due volte e mezzo più scuro di un oggetto di prima magnitudine. Più basso è il numero, più luminosa è la grandezza. Il Sole, ad esempio, è di magnitudine -26,7. La stella Sirio è magnitudine -1,46. È 70 volte più luminoso del Sole, ma si trova a 8,6 anni luce di distanza ed è leggermente oscurato dalla distanza. È importante capire che un oggetto molto luminoso a grande distanza può apparire molto fioco a causa della sua distanza, mentre un oggetto fioco che è molto più vicino può "sembrare" più luminoso.

La grandezza apparente è la luminosità di un oggetto così come appare nel cielo mentre lo osserviamo, indipendentemente da quanto sia lontano. La grandezza assoluta è davvero una misura del intrinseco luminosità di un oggetto. La magnitudine assoluta non si preoccupa veramente della distanza; la stella o la galassia emetterà comunque quella quantità di energia, non importa quanto lontano sia l'osservatore. Ciò rende più utile la comprensione di quanto sia luminoso, caldo e grande un oggetto.

Nella maggior parte dei casi, la luminosità è intesa a mettere in relazione quanta energia viene emessa da un oggetto in tutte le forme di luce che irradia (visivo, infrarosso, raggi X, ecc.). Luminosità è il termine che applichiamo a tutte le lunghezze d'onda, indipendentemente da dove si trovano sullo spettro elettromagnetico. Gli astronomi studiano le diverse lunghezze d'onda della luce dagli oggetti celesti prendendo la luce in entrata e usando uno spettrometro o uno spettroscopio per "spezzare" la luce nelle sue lunghezze d'onda componenti. Questo metodo è chiamato "spettroscopia" e fornisce una visione approfondita dei processi che fanno brillare gli oggetti.

Ogni oggetto celeste è luminoso in specifiche lunghezze d'onda della luce; per esempio, stelle di neutroni sono in genere molto luminosi in raggi X e Radio bande (anche se non sempre; alcuni sono i più brillanti in raggi gamma). Si dice che questi oggetti abbiano un'alta radiografia e radio luminosità. Hanno spesso molto basso ottico luminosità.

Le stelle si irradiano in ampie serie di lunghezze d'onda, dal visibile all'infrarosso e all'ultravioletto; alcune stelle molto energiche sono anche luminose nella radio e nei raggi X. I buchi neri centrali delle galassie si trovano in regioni che emanano enormi quantità di raggi X, raggi gamma e frequenze radio, ma possono apparire abbastanza deboli alla luce visibile. Le nuvole riscaldate di gas e polvere dove nascono le stelle possono essere molto luminose nella luce infrarossa e visibile. I neonati stessi sono abbastanza luminosi nella luce ultravioletta e visibile.

• La luminosità di un oggetto si chiama luminosità.
• La luminosità di un oggetto nello spazio è spesso definita da una figura numerica chiamata grandezza.
• Gli oggetti possono essere "luminosi" in più di una serie di lunghezze d'onda. Ad esempio, il sole è luminoso alla luce ottica (visibile) ma a volte è anche considerato luminoso ai raggi X, oltre che ai raggi ultravioletti e agli infrarossi.

• Cool Cosmos, coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/cosmic_reference/luminosity.html.
• “Luminosità | COSMO." Centro per astrofisica e supercomputer, astronomy.swin.edu.au/cosmos/L/Luminosity.
• MacRobert, Alan. "Il sistema di magnitudo stellare: misurare la luminosità." Sky & Telescope, 24 maggio 2017, www.skyandtelescope.com/astronomy-resources/the-stellar-magnitude-system/.

A cura e revisionato da Carolyn Collins Petersen