Después de mucho tiempo, volví a resolver el examen de práctica de septiembre y vi que había una pregunta sobre la clasificación de luminosidad estelar.
Decidí escribir sobre la clasificación de luminosidad, y decidí ir más allá del currículo de la escuela secundaria para escribir sobre por qué diferentes clases de luminosidad muestran diferentes anchos de línea.
Según el libro de referencia de EBS aparece el siguiente contenido.
El artículo de hoy es para profundizar en el contenido a continuación. Dado que el artículo es largo, lo dividí en dos temas.
El primero es el método para determinar el ancho de línea de las líneas de absorción, y el segundo es el método para determinar la clasificación de luminosidad.
Si solo deseas saber qué es la clasificación de luminosidad, dirígete al enlace de la conclusión.
Al comparar el ancho de línea de las líneas de absorción en los espectros de estrellas de la misma clase espectral, se puede conocer el tamaño de las estrellas y determinar la luminosidad.
- EBS Supertutoring Ciencia de la Tierra 1 P.145 -
Antes de leer el artículo, te recomiendo leer el artículo a continuación para ayudar a entender mejor este contenido.
1. Líneas espectrales y el ancho de línea de absorción
Primero, debemos entender cómo se forman generalmente las líneas espectrales que observamos. Mediante la observación espectral, obtiene un gráfico que muestra la intensidad de la estrella por longitud de onda (flujo).
La intensidad estelar mostrada por longitud de onda aparece aproximadamente en forma de una curva de Planck, pero en las longitudes de onda absorbidas por la atmósfera estelar, la intensidad baja.
Si no ocurriera absorción, se usa la intensidad general esperada como referencia (Fc), y se obtiene el contorno del espectro mediante el uso del cociente de (intensidad por longitud de onda/intensidad general) (Fλ/Fc).
Al aplicar esta fórmula a todas las longitudes de onda, la intensidad estelar aparece como una línea continua.
En términos más simples, es una representación de la cantidad de absorción de la luz estelar en comparación con 1.
En este punto, el ancho que aparece en relación con la longitud de onda central (λ0) se define como el ancho de línea de absorción (∆λ).
Y cuando se dibuja un gráfico con el mismo área que la intensidad de la línea de absorción alrededor de la longitud de onda central, el ancho del gráfico se define como ancho equivalente (Wλ).
Cuando se representa el ancho equivalente de la línea de absorción de cada átomo en el espectro, aparece el espectro de absorción generalmente conocido.
La intensidad del espectro de absorción que se aprende en el currículum se refiere al ancho equivalente.
Sin embargo, lo que se discute en la clasificación de luminosidad es el ancho de línea de absorción.
Entonces, ¿qué factores determinan el ancho de línea de absorción?
2. Factores que aumentan el ancho de línea de absorción
Como se ve en el texto arriba, una línea de absorción no se presenta como una línea delgada, sino que aparece en un rango de longitudes de onda más amplio.
Por ejemplo, imagina una línea de absorción de un átomo de hidrógeno que se excita de n=2 a n=3.
La longitud de onda central de la línea de absorción será λ=656.3nm.
Pero se supone que esta línea de absorción no aparecerá solo en λ=656.3nm, sino que se extenderá en un rango.
Las razones por las que una línea de absorción no aparece como una línea perfecta en el espectro son varias.
Debido a razones como las siguientes, las líneas de absorción en el espectro parecen difusas alrededor de una longitud de onda central, y la anchura desde la longitud de onda central se llama ancho de línea de absorción.
1) Aumento del ancho de línea natural
No se puede determinar exactamente el nivel de energía de un átomo debido al principio de incertidumbre.
Por lo tanto, las líneas de absorción de muchos átomos también producen un ancho de línea alrededor de una longitud de onda.
2) Aumento del ancho de línea Doppler térmico
Los átomos de gas se mueven constantemente.
En este caso, la velocidad de movimiento de un átomo está relacionada con la temperatura y la composición química.
El efecto Doppler debido a la dirección de línea de visión causa un aumento del ancho de línea.
3) Aumento del ancho de línea por colisiones (efecto Stark)
El nivel de energía de un átomo se modifica por la proximidad de otros átomos cercanos.
A medida que aumenta el número de átomos cercanos y cuanto más cerca estén, se obtienen diferentes niveles de energía, y eso resulta en un aumento del ancho de línea.
Por lo tanto, el aumento del ancho de línea por colisiones es mayor a medida que aumenta la densidad (o la presión).
4) Efecto Zeeman
Es el fenómeno por el cual, en un campo magnético fuerte, el nivel de energía de un átomo se divide en tres o más.
En estrellas con campos magnéticos fuertes, el efecto Zeeman provoca un aumento del ancho de línea.
3. Resumen y conclusión
Una línea de absorción estelar no aparece como una línea delgada, sino con un ancho, llamado ancho de línea.
El ancho de línea de absorción se ve afectado por cuatro factores (aumento del ancho de línea natural, efecto Doppler térmico, efecto Stark, efecto Zeeman).
La clasificación de luminosidad estelar está relacionada con el efecto Stark de los cuatro factores. El efecto Stark describe cómo el ancho de línea se expande a medida que aumenta la presión del gas que produce las líneas de absorción.
En este artículo, hemos explorado cómo se determina el ancho de línea de absorción y qué factores lo afectan.
Si deseas saber cómo el ancho de línea de absorción se relaciona con la determinación de la clasificación de luminosidad, lee el siguiente artículo.
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