Di cosa sono fatte le stelle

[Hydnum nigrum]

Ciao! Mi sono presentata ieri, ho tante domande, probabilmente anche stupide. L'argomento è la determinazione della composizione chimica delle stelle. Quello che ho capito è: sappiamo che ogni elemento quando brucia emette un colore caratteristico, quindi se voglio sapere di cosa è fatta una stella faccio passare la luce proveniente da quella stella su una pellicola di diffrazione (sinonimo di reticolo di diffrazione?), posso così discriminare lo spettro luminoso e stabilire così quali elementi sono presenti. Giusto? Quindi si esclude la possibilità che esistano elementi non presenti sulla terra che riflettono colori che sono al di fuori dello spettro visibile? Cioè la luce, i colori esistono solo entro lo spettro visibile (ma alla fine è solo un limite dell'occhio umano)? Non possono esistere altri colori che noi non riusciamo a vedere?
Grazie, Olivia

[Red Hanuman]

Se me lo ricordi tra una settimana, ti rispondo per bene...

[Gimo85]

Inizio con qualche spunto, poi @Red Hanuman il compito di integrare e correggere

Per prima cosa è necessario capire la questione colore...ci provo, e visto che sei quasi medico spero tu abbia conservato il librone di chimica

Inizio dalla fine: lo spettro elettromagnetico non è soltanto la parte della luce visibile, ma comprende radiazioni a frequenza più alta (ultraviolette) e più bassa (infrarosse); perciò usando uno strumento sensibile alle diverse frequenze siamo sicuri di poter catturare tutte le possibili radiazioni emesse da una certa fonte.

Il punto centrale: un elemento allo stato gassoso emette (o assorbe) alcune particolari frequenze all'interno dello spettro elettromagnetico, caratteristica che lo differenzia da tutti gli altri elementi, costituendone una sorta di impronta digitale. Queste particolari frequenze emesse non sono soltanto nel visibile, ma si estendono alle altre regioni dello spettro.
Analizzando lo spettro di emissione proveniente da una stella, esso sarà la somma di tutte e sole le righe caratteristiche degli elementi che la compongono.
Avendo a disposizione una mappa di queste righe caratteristiche, ottenuta in laboratorio, è possibile individuare di conseguenza quali sono questi elementi.

[Hydnum nigrum]

Inizio con qualche spunto, poi @Red Hanuman il compito di integrare e correggere.

Quindi la determinazione della composizione chimica dipende dalle diverse lunghezze d'onda delle radiazioni provenienti dalla stella in analisi? Lo spettro cromatico non c'entra niente? Grazie
Red Hanuman : certo, tra una settimana te lo ricorderò grazie

[Gimo85]

Non quotare l'intero messaggio precedente, puoi usare 'rispondi alla discussione' o quotare solo il passaggio interessante.

La parte visibile dello spettro è solo una parte della radiazione che emette un elemento chimico, quindi sì c'entra, ma non è solo quella che permette l'identificazione.

Il colore delle stelle invece dipende dalla radiazione di corpo nero ed è quindi legato alla temperatura delle stesse.

Ad esempio lo spettro dell'idrogeno ha alcune righe spettrali di emissione nel visibile, la serie di Balmer, ma ne ha altre nell'ultravioletto e altre ancora nell'infrarosso.
spettro idrogeno.jpg

[Jeck]

Non so se hai visto la serie Cosmos: Odissea nello spazio, ma nello specifico ti può interessare questo episodio in cui si parla delle scoperte di Herschel e Fraunhofer che molto semplicemente spiega ciò che dice Gimo.
A partire dal minuto 20https://www.dailymotion.com/video/x5ne5o8

[Hydnum nigrum]

Forse ho capito, forse no. Perché la luce si divide in diverse lunghezze d'onda? Da dove parte poi? È l'energia della reazione di fusione nucleare, energia che si libera come luce e calore? O si libera luce e questa poi genera calore?

[Gimo85]

E' la radiazione elettromagnetica che si divide in diverse lunghezze d'onda; il nostro occhio è sensibile solo a una parte di questo spettro, quello della luce visibile, una radio è sensibile a quella parte dello spettro detto delle onde radio, il decoder del televisore è sensibile alla parte delle onde televisive, un rilevatore di raggi X a quella parte dello spettro ad alta frequenza detto appunto raggi x e così via...

La luce emessa da un elemento chimico è originata dagli elettroni di ogni suo atomo (per questo ti servirebbe il libro di chimica). Per semplificare, ogni orbita elettronica è dotata di una certa energia e un elettrone può saltare da un'orbita all'altra solo se gli viene fornito esattamente il salto energetico tra le due orbite prese in considerazione, si chiama salto quantico.
Un salto quantico che assorbe energia genera una riga scura nello spettro continuo (spettro di assorbimento), un salto che restituisce quell'energia precedentemente assorbita genera invece una riga chiara (spettro di emissione).

Questo è lo stesso principio che genera le aurore polari: gli atomi dell'alta atmosfera sono eccitati dalle particelle cariche provenienti dal Sole, gli elettroni di questi atomi assorbono i giusti pacchetti di energia, per poi restituirli generando luce. La luce verde è dovuta agli atomi di ossigeno dell'alta atmosfera, quella blu a quelli di azoto.

La fonte di energia nel caso delle stelle è proprio la fusione nucleare; l'energia prodotta si disperde in calore, luce e altri tipi di radiazione. La fusione nucleare è una reazione esotermica, quindi produce anche calore, oltre a onde elettromagnetiche in tutte le frequenze.

[Red Hanuman]

Allora... Le stelle emettono luce in proprio, perché hanno una fonte di energia interna ( la fusione nucleare) che eccita gli atomi che compongono la stella, facendole emettere una radiazione luminosa più o meno continua in tutto lo spettro, seguendo il principio della radiazione del corpo nero.
È quel più o meno che ci consente di capire la composizione delle stelle.
Gli atomi assorbono ed emettono luce in un modo caratteristico, che è in relazione con le proprietà dell'atomo stesso ( gli elettroni si dispongono su gusci energetici che dipendono dalla composizione del nucleo e dalle leggi della fisica quantistica, il loro saltare da un livello ad un altro avviene per assorbimento o emissione di energia sotto forma di radiazione elettromagnetica).
Dall'analisi dello spettro di emissione e di assorbimento, si risale agevolmente alla composizione.

[mazzolatore]

Forse ho capito, forse no. Perché la luce si divide in diverse lunghezze d'onda? Da dove parte poi? È l'energia della reazione di fusione nucleare, energia che si libera come luce e calore? O si libera luce e questa poi genera calore?

Esatto la luce (piu propriamente lo spettro elettromagnetico) si divide in base alle lunghezze d'onda o frequenza, sono 2 facce della stessa cosa infatti
dove è la frequenza
è la lunghezza d'onda
c è la velocità della luce.

come scritto gia in precedenza, la luce visibile è solo un piccolo pezzo di tutto lo spettro elettromagnetico, che si estende:
-dal radio (lunghezze d'onda anche di metri e centimetri)
-millimetrico, che sono per esempio le radiazione che mezze il forno a micro onde
-infrarosso-
-luce visibile, con tutti i colori all'interno
-ultra violetto
-raggi x
-raggi gamma
e chissà cos altro.

In particolare i colori hanno le seguenti lunghezze d'onda

Colore Frequenza Lunghezza d'onda
Violetto 668-789 THz 380–450 nm
Blu 631-668 THz 450–475 nm
Ciano 606-631 THz 476-495 nm
Verde 526-606 THz 495–570 nm
Giallo 508-526 THz 570–590 nm
Arancione 484-508 THz 590–620 nm
Rosso 400-484 THz 620–750 nm

Non è che dalla luce si libera calore, pensi il contrario dal calore si genera luce.
La temperatura interna di una stella è dell'ordine dei milioni di gradi, sufficiente a fondere i nuclei.
Ma se si va a vedere la somma delle masse dei 2 nuclei (reagenti) è maggiore della massa del nucleo (prodotto), come mai? Parte della massa viene convertita in altre particelle, come fotoni e neutrini, dove i primi sono i responsabili della luce.