Uno strumento fondamentale per lo studio delle stelle: il diagramma HR

Per cercare di comprendere il funzionamento di una famiglia di corpi celesti, in questo caso le stelle, e individuare tutte le regole che la Natura ha deciso (se ci sono!), dobbiamo avere un approccio logico e metodico che prevede l’osservazione di un gran numero di oggetti e l’estrapolazione di alcune caratteristiche comuni.

In modo del tutto generale le principali proprietà di una classe di oggetti si mettono in luce confrontando due o più grandezze che riusciamo a misurare attraverso le osservazioni per vedere se esiste una relazione semplice che le mette in correlazione.

Se gli oggetti celesti fossero costruiti in modo casuale non esisterebbe alcuna correlazione, ad esempio, tra massa e luminosità, oppure tra luminosità e colore.

Se, al contrario, attraverso le osservazioni i grafici che si costruiscono mostrano delle correlazioni, ecco che siamo in grado di caratterizzare tutti gli oggetti dell’Universo appartenenti a quella determinata categoria, attraverso l’individuazione delle regole fisiche alle quali obbediscono.

Nel caso delle stelle, studiando la luminosità e il colore possiamo scoprire qualcosa di veramente molto interessante e potente per comprenderne il funzionamento e le proprietà.

Lo strumento fondamentale è il diagramma HR, abbreviazione di Hertzsprung-Russell, i due astronomi che per primi, in modo indipendente, l'hanno creato. Si tratta di un semplice grafico che cerca un collegamento tra due grandezze che riusciamo a misurare per le stelle. Sull'asse delle X si pone la temperatura o gli indici di colore, tipicamente B-V. Questi sono semplicemente differenze di magnitudine tra due bande spettrali, in questo caso Blu - Visibile, e ci dicono in pratica quanto è blu o rossa una stella. Poiché il colore è legato alla temperatura, questa scala può essere sovrapposta con la temperatura superficiale delle stelle.

Sull'asse delle Y, invece, va inserita la magnitudine assoluta, o in alternativa la luminosità assoluta delle stelle. Attenzione perché qui c'è una trappola, poiché la magnitudine assoluta di un astro si può conoscere solamente se si ha a disposizione una precisa stima della sua distanza. In effetti, se scegliessimo un campione casuale di stelle e misurassimo solamente la loro magnitudine apparente, questa sarebbe influenzata non solo da eventuali differenze fisiche, ma anche e soprattutto dalle differenti distanze. Poiché siamo alla caccia delle eventuali regole con cui la Natura ha plasmato questi astri, non vogliamo di certo che il nostro lavoro sia influenzato da un fenomeno come la distanza che non c'entra proprio nulla.

Il problema è che stimare la distanza di un gruppo a caso di stelle e averne in numero sufficiente per capire se ci sono correlazioni tra la magnitudine assoluta e il colore non è per niente facile, né veloce, né, forse, ci dà tutte le informazioni che potremo sperare di ricavare. 

 

Con un approccio alternativo e furbo, si può costruire quello che viene detto diagramma HR osservativo, o semplicemente diagramma colore-magnitudine. Poiché conoscere la distanza di ogni stella e di conseguenza la sua magnitudine assoluta è piuttosto complicato, eliminiamo il suo effetto sulla luminosità osservata scegliendo un campione di stelle che sappiamo essere tutte più o meno alla stessa distanza da noi. Gli oggetti migliori per questo scopo sono gli ammassi aperti e gli ammassi globulari, gruppi compatti e legati che in effetti possiamo considerare come composti da stelle che si trovano tutte a distanze molto simili da noi. In questo caso, allora, qualsiasi differenza nella luminosità apparente, che misuriamo molto bene, corrisponde esclusivamente alle proprietà intrinseche dell'astro e non è influenzata dalle diverse distanze in gioco. In queste situazioni, quindi, sull'asse Y inseriamo la magnitudine apparente e, benché i valori singoli dipenderanno naturalmente dalla distanza, l'eventuale correlazione che troveremo avrà esattamente lo stesso andamento rispetto al classico diagramma HR teorico. 

Bene, teorico o osservativo, se un grafico di questo tipo è fatto bene, cosa dovrebbe mostrarci? Esiste una correlazione tra la luminosità intrinseca delle stelle e il loro colore? 
Ebbene, questa correlazione esiste ed è estremamente marcata. Il diagramma HR, per qualsiasi campione di stelle che riusciamo a osservare, è sempre lo stesso. Questo dimostra, senza ombra di dubbio, ciò che poteva sembrare impossibile: le stelle, tutte, obbediscono a regole ben definite. La Natura non ha costruito questi oggetti a caso, come un artista che guidato dalla sua ispirazione dipinge una splendida opera su una tela o crea una soave poesia. Non esiste caso, non esiste improvvisazione nella costruzione e nelle proprietà delle stelle. E benché il nostro lato artistico e un po' anarchico potrebbe risentirne, questa è proprio l'assoluta bellezza dell'Universo: una macchina nella quale ogni minimo ingranaggio si incastra perfettamente seguendo regole ben definite. L'alternativa a questa stretta disciplina sarebbe terribile: la distruzione dell'intero Universo.

Nei prossimi post approfondiremo la miniera di informazioni che questo fondamentale strumento è in grado di darci, persino sull'evoluzione e l'età delle stelle.
 

Il diagramma HR. Tutte le stelle dell'Universo seguono queste regole. Non esistono, ad esempio, stelle con indice di colore 0.5 e magnitudine assoluta 0.1.