Da rosse a blu: perché le stelle hanno colori diversi? La spiegazione scientifica

Le stelle sono oggetti celesti che hanno affascinato l'uomo sin dall'antichità, alimentando miti e leggende. Ad una prima occhiata, esse sembrano tutte uguali, di colore bianco, ma in realtà è possibile notare, specialmente in condizioni di basso inquinamento luminoso, che esse assumono colori molto diversi e in questo articolo andremo a scoprire il perché.

La fisica del colore delle stelle

Il fatto che le stelle abbiano colori diversi è noto fin dall'antichità ma le basi fisiche di tale fenomeno furono gettate dapprima nell'ottocento da Joseph von Fraunhofer e Angelo Secchi, pionieri della spettroscopia stellare, e poi agli inizi del novecento con la formulazione della meccanica quantistica che permise di identificare nelle reazioni di fusione nucleare il carburante delle stelle.
Per poter comprendere le ragioni fisiche del colore delle stelle abbiamo bisogno di tre leggi principali: la relazione massa-luminosità, la legge di Stefan-Boltzmann e la legge di Wien.

La relazione massa-luminosità

Le stelle nascono dalle nubi interstellari di polvere e gas e lo fanno con diverse distribuzioni di massa. Ci sono stelle di massa simile o inferiore al nostro Sole e stelle di grandissima massa, come ad esempio la stella Rigel nella costellazione di Orione. La diversa massa di queste stelle fa si che esse abbiano anche una diverse luminosità. La relazione massa-luminosità infatti ci permette di prevedere che, all'aumentare della massa, la luminosità di una stella aumenta in maniera molto significativa: una stella che ad esempio abbia una massa doppia rispetto al Sole ha una luminosità di ben 12 volte quella solare.

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La legge di Stefan-Boltzman

La massa e la luminosità di una stella sono a loro volta legate a quella che è la temperatura superficiale di una stella tramite la legge di Stefan-Boltzmann. Più una stella è massiccia e luminosa, più sarà alta la temperatura della sua fotosfera, cioè della regione della superficie solare da cui arriva la maggior parte della radiazione luminosa che vediamo delle stelle.

La legge di Wien

A questo punto sorge spontanea la domanda su come tutto ciò sia collegato al colore di una stella. L'emissione di radiazione luminosa da parte delle stelle non avviene in maniera uguale in tutto lo spettro elettromagnetico. A seconda della massa, della luminosità e quindi della temperatura superficiale, il picco della luminosità emessa dalla stella cambia lunghezza d'onda. Questa è la cosiddetta legge di Wien che afferma che la lunghezza d'onda a cui avviene il massimo della emissione di radiazione dalla superficie della stella è inversamente proporzionale alla temperatura superficiale della stella stessa.
Più é massiccia la stella, quindi, più la sua temperatura superficiale è alta e quindi più piccola sarà la lunghezza d'onda a cui avviene il massimo dell'emissione di radiazione stellare.

Questo significa che più la stella è superficialmente calda, più la sua luce sarà nel blu, mentre più è fredda e più la sua luce sarà rossastra.

Facciamo un esempio

Consideriamo ad esempio la stella a noi più vicina, il Sole. Esso possiede una temperatura superficiale di circa 5500 °C. Applicando la legge di Wien otteniamo che il massimo della luminosità solare avviene ad una lunghezza d'onda che corrisponde circa al colore giallastro-verde. Come sappiamo però dalla nostra esperienza quotidiana, noi non vediamo il Sole di questo colore, e similmente non vediamo le altre stelle esattamente dello stesso colore predetto dalla legge di Wien. Ciò accade perché le stelle non emettono solamente radiazione luminosa in corrispondenza della lunghezza d'onda dove c'è il massimo di emissione, ma abbiamo anche una gran quantità di luce emessa nelle lunghezze d'onda vicine. Nel caso del nostro Sole, la combinazione di questa luce a diverse lunghezze d'onda fa si che noi vediamo una luce solare sul biancastro. Un effetto simile avviene anche per le altre stelle.

Quali colori delle stelle sono visibili

I colori delle stelle percepiti dall'occhio umano variano dal rosso per stelle di piccola massa e temperatura superficiale di "soli" 3000°C, a stelle di 10 o più masse solari, cioè 10 volte quella del Sole, che emettono una luce che tende verso il blu – visto che hanno temperature dell'ordine di più di 20000°C.

Ora che avete imparato cosa genera i colori diversi osservati nelle stelle, alla prossima gita fuori porta o falò sulla spiaggia, fate caso alla varietà di colori che mostrano le stelle che popolano il nostro cielo. Il nostro consiglio, soprattutto nei mesi invernali, è quello di cercare la costellazione di Orione, dove le stelle Betelgeuse, la spalla destra di Orione, e Rigel, il piede sinistro del cacciatore, sono un fulgido esempio di colori diametralmente opposti dati dalla diversa temperatura superficiale delle due stelle.