Determinando la temperatura de una estrella

Uso del color para la temperatura

A todos nos encantan los colores bonitos. Quizás tu favorito sea azul, verde o rojo. Quizás disfrutes de la blancura de la nieve o de una colorida puesta de sol. Pero los hermosos colores que ves, los que tus ojos pueden procesar, no están ahí solo para lucir.

Lo que quiero decir es que, si bien podemos usar colores para codificar o clasificar cosas, como un sistema de alerta de terror, o para indicar nuestro estado de ánimo, también podemos usarlos para medir la temperatura de una estrella distante. Es cierto, y esta lección le dirá cómo.

¿Qué es un espectro?

¿De qué color es la luz que emite el sol? Si miras hacia arriba a la mitad del día, podrías decir algo como blanco o amarillo. Más tarde, durante la puesta de sol, podrías decirme que es rojo. ¡La respuesta real es que la luz del sol es una mezcla de muchos colores diferentes! Todos los que acabamos de repasar y muchos más.

Si alguna vez usó un prisma para hacer un arcoíris a partir de la luz del sol, creó un espectro , una disposición de luz según la longitud de onda, en este caso, de luz visible. Se solía pensar que el prisma agregaba color a la luz blanca. Pero Newton refutó esto cuando colocó otro prisma a solo uno de los colores del arco iris creado por el primer prisma. Dado que el color permaneció sin cambios por el segundo prisma, esto demostró que la luz solar original se separó en diferentes colores y no se le agregó ningún color.

Pero hay algo aún más interesante aquí que lo que se ve a simple vista. El astrónomo británico William Herschel también pasó la luz del sol a través de un prisma, al igual que Newton, pero sostuvo un termómetro un poco más allá de donde estaba el extremo rojo del espectro visible. Para su sorpresa, ¡la temperatura aumentó! ¿Qué significa esto?

Significa que la luz visible es solo una parte de algo mucho más grande. Esa cosa más grande se llama espectro electromagnético e incluye todas las diferentes formas de radiación electromagnética (energía), que incluye la luz visible. El espectro electromagnético no se divide por el color verdadero como en nuestro ejemplo de prisma anterior, sino por la longitud de onda o la frecuencia.

Usar la longitud de onda para encontrar la temperatura

La forma más sencilla en que un objeto puede producir más luz es aumentando su temperatura. Por ejemplo, el filamento de una bombilla emite luz porque la energía eléctrica que utiliza la bombilla hace que su filamento suba a una temperatura muy alta.

Cuanto más caliente es un objeto, más brillante se vuelve. Los objetos más calientes emiten la mayor parte de su energía en longitudes de onda más cortas. Por el contrario, los objetos más fríos emiten poca energía y las longitudes de onda de la luz de máxima intensidad en los objetos más fríos tienden a ser las de longitudes de onda más largas. Pero debido a que las estrellas emiten muchas longitudes de onda de luz diferentes, necesitamos una forma de determinar cuánta, proporcionalmente hablando, se emite cada longitud de onda de luz diferente.

Una forma de hacer esto es hacer una curva de cuerpo negro , un gráfico que traza la longitud de onda frente a la intensidad de la luz, gracias a los datos obtenidos de cámaras especializadas. Un cuerpo negro es un radiador teóricamente perfecto. En tal curva, a medida que cambia la temperatura de un objeto, también cambia la gráfica del espectro. Una temperatura más alta tendría un gráfico donde el pico de la curva se encuentra en longitudes de onda más cortas y viceversa para una temperatura más fría.

Esta noción se conoce como ley de Wien y se puede reducir a esto: la longitud de onda de máxima intensidad que emite un cuerpo negro es inversamente proporcional a su temperatura. Cuanto más caliente es la temperatura, más corta es la longitud de onda a la que una estrella caliente emite su máxima radiación. Lo contrario también es cierto.

Color y temperatura

Una curva de cuerpo negro muestra la intensidad de la luz frente a la longitud de onda

Sabiendo todo esto, podemos ver, usando el gráfico anterior, que los objetos con temperaturas más bajas, como 3.000 K, alcanzan un pico a una longitud de onda de aproximadamente 1.000 nm. Esto está más allá del espectro visible de la luz, en territorio infrarrojo. Pero el objeto no es invisible, como puede ver, la curva incluye mucha luz visible. Sin embargo, debido a que el pico está sesgado hacia el lado de longitud de onda más larga de la luz visible, un objeto de temperatura más baja aparecerá de color rojo porque emite más luz roja que luz azul.

Por otro lado, un objeto que tiene una temperatura de 12.000 K tiene un pico de intensidad máxima a una longitud de onda más corta que la luz visible en territorio ultravioleta. Una vez más, la estrella no es realmente invisible para nosotros porque la curva incluye claramente las longitudes de onda visibles para el ojo humano.

No solo eso, sino que debido a que el objeto está tan caliente, la luz visible es muy intensa. ¡Solo mire el pico de esa curva en comparación con la humilde 3000 K! Esto significa que nuestro objeto de 12.000 K brillará muy intensamente en cada longitud de onda precisamente porque hace mucho calor. Pero debido a que la curva está sesgada hacia el lado de longitud de onda corta de la luz visible, brillará con un color azul en lugar de uno rojo.

Entonces, para resumir, si una estrella es de un color azul brillante, hace mucho calor y emite mucha energía. Si es rojo, tiene una temperatura superficial fría. Por lo tanto, la longitud de onda dominante de la luz de una estrella puede indicarnos su temperatura superficial.

Resumen de la lección

Un espectro es una disposición de la luz según la longitud de onda. La luz visible es solo una pequeña parte de todo el espectro electromagnético, que tiene diferentes formas de radiación en función de diferentes longitudes de onda o frecuencias.

Cuanto más caliente es un objeto, más brillante se vuelve. Los objetos más calientes emiten la mayor parte de su energía en longitudes de onda más cortas. Por el contrario, los objetos más fríos emiten poca energía y las longitudes de onda son más largas.

Para determinar cuánto, proporcionalmente, cada longitud de onda de luz diferente está siendo emitida por una estrella y, por lo tanto, su temperatura, podemos usar una curva de cuerpo negro , un gráfico que traza la longitud de onda frente a la intensidad de la luz que obtenemos gracias a los datos obtenidos de cámaras especializadas. .

Un cuerpo negro , por cierto, es un radiador teóricamente perfecto. La relación que muestra la curva, conocida como ley de Wien , se puede reducir a esto: la longitud de onda de máxima intensidad que emite un cuerpo negro es inversamente proporcional a su temperatura. Esto significa que las estrellas más calientes tienden a ser de color azul y las estrellas más frías son de color rojo.

Los resultados del aprendizaje

Terminar esta lección debería permitirle:

• Definir espectro, curva de cuerpo negro, cuerpo negro y la ley de Wien
• Explica el espectro electromagnético.
• Resume cómo usar el color de una estrella para determinar su temperatura

Rodrigo Ricardo Editor y fundador