Uno dei momenti più apprezzati dagli astronomi è il crepuscolo. Quando il sole tramonta, il cielo si oscura e si vedono le prime stelle. All’inizio sono due o tre, ma con il passare dei minuti diventano sempre più visibili; le prime ad apparire saranno le stelle più luminose della notte, le ultime le più fioche. Ma la loro luminosità non è l’unica cosa che differenzia le stelle. Man mano che la notte avanza e il cielo si oscura, se guardiamo da vicino, vedremo stelle di colore rosso, bianco e blu… Le stelle hanno colori, e conoscerle ci porta in un viaggio affascinante attraverso la loro vita.
In queste prime settimane di primavera, è facile individuare la costellazione di Orione, insieme al Canis Major e al Taurus, poco dopo il tramonto. A prima vista, le stelle potrebbero sembrare dello stesso colore, ma se cerchiamo un cielo buio e diamo una seconda occhiata più da vicino, noteremo colori diversi. Sirio (nel Canis Major) è bianca, Rigel (il piede destro di Orione) è blu, Aldebaran (nel Toro) è arancione e Betelgeuse (la spalla sinistra di Orione) è rossa.
Nella casa dell’astrofisico, i rubinetti sono invertiti
Il fatto che le stelle abbiano colori diversi non è una semplice curiosità. Il colore fornisce un dato fondamentale nell’astrofisica stellare: la temperatura superficiale della stella. Le stelle più calde sono blu e quelle più fredde sono rosse, contrariamente all’uso dei colori nell’arte e nella nostra esperienza quotidiana. Per questo si dice spesso che nella casa dell’astrofisico i rubinetti sono invertiti: il blu indica il caldo e il rosso il freddo.
La classificazione stellare di Morgan-Keenan si basa sui colori delle stelle, andando dalle stelle più blu (più energetiche) a quelle rosse (più deboli), attraverso i tipi O B A F G K M. Come regola mnemonica, la frase Oh Be a Fine Girl(Guy), Kiss Me è spesso usata per ricordarli – uno scherzo classico nelle facoltà di tutto il mondo dove si insegna astrofisica.
La classificazione stellare di solito indica anche la luminosità assoluta delle stelle. È importante qualificare questo di solito, poiché vedremo un paio di eccezioni più avanti. Le stelle blu tendono ad essere le più luminose e quelle rosse le più fioche. Ma gli osservatori più esperti incontreranno di notte stelle rosse che sono più luminose di quelle bianche o blu. Come è possibile? Bisogna ricordare che, quando si osserva dalla Terra, le stelle si trovano a distanze diverse. Così, una stella rossa che brilla debolmente ma è molto vicina sembrerà brillare più di una stella blu che è molto più lontana.
Oltre alla temperatura e alla luminosità, il colore di solito – con la stessa qualifica – indica anche la dimensione di una stella: le stelle blu più calde ed energetiche sono di solito più grandi e quelle rosse più piccole.
Un diagramma stellare
Sapendo che dal colore di una stella si può stimare la sua temperatura superficiale e solitamente conoscerne la luminosità e le dimensioni, gli astronomi Ejnar Hertzsprung e Henry Norris Russell misero queste caratteristiche in un grafico noto oggi come diagramma di Hertzsprung-Russell, che entrambi svilupparono indipendentemente intorno al 1910.
In questo diagramma H-R, l’asse verticale ordina i tipi di stelle dal più debole al più luminoso, mentre l’asse orizzontale le ordina dal più caldo al più freddo, tenendo conto della loro temperatura, colore e classificazione stellare. Il risultato è un raggruppamento diagonale che ordina le stelle secondo queste caratteristiche: questa parte del diagramma è chiamata sequenza principale.
La maggior parte delle stelle si trova nella sequenza principale. Brillano grazie alle reazioni di fusione nucleare nel loro nucleo, che convertono l’idrogeno in elio. Queste stelle sono nella fase in cui sono mature e trascorrono la maggior parte della loro vita attiva. Messa in termini umani, la sequenza principale sarebbe la fase che va dall’adolescenza al raggiungimento della pensione. Il nostro Sole sembra essere vicino al punto medio della durata della vita stellare: è una stella gialla di tipo G medio.
La tavola periodica delle stelle
Le stelle possono brillare per miliardi di anni, ma niente dura per sempre. Il combustibile che usano per le reazioni nucleari è limitato e alla fine si esaurisce. Quando non c’è più idrogeno da bruciare, subentra la fusione dell’elio, ma a differenza della fase precedente, questa è molto più energetica. Questo fa sì che le stelle, raggiungendo la fine della loro vita, si gonfino fino a migliaia di volte le loro dimensioni originali, diventando giganti. L’espansione fa anche sì che perdano calore sulla loro superficie, poiché devono distribuire più energia su un’area più grande, ed è per questo che diventano rosse. Queste stelle giganti rosse sono un’eccezione e si trovano nella parte superiore destra del diagramma, conosciuta come la zona delle giganti rosse.
Le giganti rosse non durano a lungo (su scala stellare) ed esauriscono rapidamente quel poco carburante che gli rimane. Quando questo accade, la stella esaurisce le reazioni nucleari al suo interno che la sostenevano; la gravità tira allora tutta la sua superficie e rimpicciolisce la stella fino a farla diventare una nana. A causa di questa brutale compressione, l’energia si concentra e la sua superficie aumenta di temperatura, cambiando radicalmente la sua luminosità in bianco. Il cadavere di una stella è chiamato nana bianca. Questi cadaveri stellari sono un’altra eccezione alla sequenza principale e si trovano in basso a sinistra del diagramma.
Senza dubbio, una delle più grandi conquiste della scienza è la tavola periodica degli elementi. Si potrebbe dire che il diagramma di Hertzsprung-Russell è la tavola periodica delle stelle. Nella sua forma completa, può sembrare un po’ come uno strano e deforme arcobaleno; tuttavia, una volta che sappiamo come leggerlo, possiamo vedere come i diversi colori delle stelle si riferiscono alla loro temperatura, dimensione, luminosità e fase di vita stellare, distribuiti in modo ordinato ed elegante. È una meravigliosa mappa del tesoro per gli appassionati di astronomia: la chiave per saltare in un’altra dimensione, sia nella conoscenza del cosmo che nella capacità di godere della bellezza del firmamento.