Luminosità (astronomia)

La luminosità in fisica è la densità dell'intensità luminosa in una data direzione; in astronomia, invece è la quantità di energia emessa da una stella in un dato tempo ovvero la sua potenza.

Nel primo caso si misura in candele, nel secondo si misura in watt, in erg/secondo oppure in luminosità solare (unità di misura che pone a 1 la luminosità del Sole).

Tutte le stelle irradiano in un'ampia gamma di frequenze dello spettro elettromagnetico, dalle onde radio di bassa energia fino ai raggi gamma di alta energia. Una stella che emette prevalentemente nella regione ultravioletta dello spettro produce una quantità totale di energia maggiore di una stella che emette principalmente nell'infrarosso. In genere quando si parla di luminosità senza ulteriori specificazioni ci si riferisce alla potenza totale emessa da una stella, in tutto lo spettro. Tuttavia in astronomia si parla di luminosità in una data banda spettrale (es. luminosità nel B, luminosità nel V, ecc...) quando si considera solo la potenza emessa in un certo intervallo fissato di frequenze, di solito corrispondente a quello selezionato da un dato filtro fotometrico.

La relazione tra lunghezza d'onda ed energia è stata quantificata da Einstein come

$E=h\times \nu$

dove $\nu$ è la frequenza, $h$la costante di Planck ed $E$ l'energia del fotone in joule.

In altre parole, a lunghezze d'onda minori (e quindi a frequenze più alte) corrispondono energie maggiori.

Per esempio, una lunghezza d'onda lambda ($\lambda$) = 10 metri, appartiene alla regione radio dello spettro elettromagnetico, e corrisponde a una frequenza

$f={c \over \lambda }={3\times 10^{8}m/s \over 10m}=30$ MHz

dove $c$ è la velocità della luce.

L'energia del fotone è

$E=h\times \nu =6.625\times 10^{-34}Js\times 30Mhz=1.988\times 10^{-26}$ joule.

Al contrario, la luce visibile ha lunghezze d'onda molto minori e frequenze molto più alte. Un fotone con lunghezza d'onda $\lambda =5\times 10^{-9}$ metri (più o meno nel verde) ha un'energia $E=3.975\times 10^{-17}$ joule, oltre un miliardo di volte maggiore rispetto all'energia di un fotone radio. Analogamente, un fotone di luce rossa (lunghezza d'onda λ = 700 nm) ha meno energia di un fotone di luce violetta (lunghezza d'onda λ = 400 nm).

La luminosità di una stella dipende sia dalla temperatura che dall'area superficiale. Ciò ha senso perché un ceppo ardente irraggia più energia di un fiammifero, sebbene entrambi abbiano la stessa temperatura. Allo stesso modo, una sbarra di ferro scaldata a 2000 gradi emette più energia di quando è scaldata a soli 200 gradi.

La luminosità è una grandezza fondamentale in astronomia e astrofisica. Molto di ciò che si sa sui corpi celesti si è appreso analizzando la loro luce. La ragione è che i processi fisici che avvengono nelle stelle vengono per la maggior parte registrati e trasmessi dalla luce.

Voci correlate

• Magnitudine apparente
• Magnitudine assoluta