¿Qué determina el color de las estrellas?

El factor dominante para el color de las estrellas es simplemente su temperatura (el desplazamiento al rojo de las estrellas que se pueden resolver se debe simplemente al movimiento, que es medible pero tiene poco efecto sobre su aspecto). Las estrellas siguen aproximadamente un cuerpo negro (lea más aquí: la ley de Planck), por lo que las estrellas “frías” se iluminarán en rojo, las estrellas más moderadas en amarillo, las estrellas más calientes en azul y las más calientes aparecerán en blanco.

Entonces, ¿qué influye en la temperatura de una estrella? Talla y edad. Estrellas en la “secuencia principal” (ver abajo)

están en la parte principal de sus vidas. Siguen una relación simple: cuanto más masa tiene una estrella, más azul brilla. Una vez que estas estrellas han quemado suficiente hidrógeno, avanzan hacia los otros grupos. La masa se mantiene aproximadamente igual hasta el final de sus vidas para la mayoría de las estrellas, por lo que la mayor parte del cambio de temperatura se debe a que las estrellas se expanden en volumen. A excepción de las estrellas que son aproximadamente 15 veces la masa del sol o más al final de sus vidas (que se convierten en agujeros negros), las estrellas se convertirán en enanas blancas o estrellas de neutrones, que son los restos de los núcleos de estrellas candentes.

El color de una estrella está determinado casi por completo por su masa y edad , y menos por la composición. Redshift puede ser claramente desambiguado mirando las líneas espectrales [1]. Una buena referencia es Stellar Interiors de Hansen, Kawaler y Trimble (HKT). Más detalles:

El color de una estrella es el color de la fotosfera , la parte de la que proviene la mayor parte de la radiación [2]. Esto está bastante cerca de la superficie de la estrella y tiene una temperatura que varía desde 1,000s de Kelvin para las estrellas más frías hasta quizás 30,000 K para las estrellas más calientes. El espectro es un cuerpo negro muy bueno para las estrellas más calientes y solo se desvía de un cuerpo negro para la estrella más fría debido a las líneas espectrales que sacan fragmentos del espectro. ¿Qué determina esta temperatura?

Una estrella es una bola de gas en equilibrio hidrostático. Cada capa de la estrella se sostiene hacia afuera a través de la presión y se empuja hacia adentro por la gravedad: estas dos fuerzas se equilibran y no sucede mucho con la estructura de la estrella en escalas de tiempo muy, muy largas. La gravedad aprieta el gas y lo calienta. En última instancia, esto impulsa procesos nucleares en el núcleo de la estrella que mantienen una cierta cantidad de producción de energía durante mucho tiempo. Qué tan caliente se calienta el gas para mantener el equilibrio depende de cuánta masa total haya que retener. Cuanto más masiva sea una estrella, mayor será la presión necesaria para equilibrar la gravedad, y más caliente será la estrella; Las estrellas más masivas son más calientes . Todo esto se formaliza en las cuatro / cinco ecuaciones diferenciales de estructura estelar (ver HKT o http://en.wikipedia.org/wiki/Ste … – No reproduciré las ecuaciones aquí).

La edad también juega un papel, pero es más sutil. Para que se establezca un equilibrio entre la gravedad y la presión, debe existir una fuente de energía, que es la fusión nuclear. Cuando se forma una estrella a partir del gas del medio interestelar (ISM), hay mucho hidrógeno alrededor para fusionarse en helio; A medida que la estrella envejece, el núcleo se enriquece con helio. Las velocidades de varios procesos de fusión dependen sensiblemente de la abundancia de reactivos, y qué procesos nucleares son cambios importantes a medida que cambia la composición estelar. El punto clave aquí es que los detalles de la fusión son diferentes en estrellas jóvenes y viejas. Debido a estas diferencias, las estrellas más viejas se hacen más grandes y frescas (no tengo una explicación “intuitiva” para esto, ¡lo siento!). Esto se transmite mejor en un “diagrama de Hertzsprung-Russel”, que muestra el brillo (luminosidad, lo que los astrónomos llaman magnitudes) versus calor (temperatura, lo que los astrónomos llaman color). Aquí hay uno que encontré en línea (mira en HKT para más detalles):

El eje horizontal es la temperatura, con más calor a la izquierda (lo siento, eso es equipaje de astrónomo). El eje vertical es el brillo en términos de nuestro Sol. La diagonal verde (secuencia principal) es aproximadamente donde se encuentran las estrellas “jóvenes”, y el punto a lo largo de la línea está determinado casi por completo por su masa inicial. Cuando las estrellas envejecen, su temperatura y brillo cambian moviéndose hacia la derecha y hacia arriba, a lo largo de esas curvas rojas (las azules son para cuando una estrella se está formando a partir de una nube de gas).

En resumen: durante la mayor parte de la vida de una estrella, lo único que importa es su masa . Cuando la estrella tenga la edad suficiente (y cuando esto suceda también depende de la masa) se volverá más fría y brillante, y en ese momento la masa y la edad también importan.

[1] La mayoría de las estrellas que ves en el cielo como fuentes puntuales a simple vista están en la Vía Láctea (ver ¿Todas las estrellas que vemos en el cielo son parte de la Vía Láctea?). Para estas estrellas, y para las velocidades relativas típicas, el desplazamiento al rojo juega un papel de 0.1% en el color de la estrella (con velocidades relativas típicas de orden 300 km / s, [matemática] v / c [/ matemática] es aproximadamente 0.001).
[2] Técnicamente definido como donde la profundidad óptica es [matemática] \ tau = 1 [/ matemática] o, a veces, [matemática] \ tau = 2/3 [/ matemática], según su convención.

La temperatura de la superficie, principalmente.

Hay una combinación de ambos factores, sí. Pero el color de una estrella no está definido por sus elementos sino por su temperatura. Piense en ello como mirar una fogata. Tiene llamas naranjas apagadas en el exterior, llamas amarillas a blancas en el interior, y si tiene suerte, verá azul en el núcleo interno. Eso es porque el calor es más fuerte allí. Entonces, una estrella de 2000 grados Kelvin sería de color rojo anaranjado, mientras que una estrella de 7000 grados Kelvin es de color azul blanquecino.

Y sí, el desplazamiento hacia el rojo y el desplazamiento hacia el azul juegan un papel importante en el color de las estrellas, pero es mucho más pequeño de lo que piensas: el efecto de desplazamiento hacia el rojo y el desplazamiento hacia el azul es más notable en las galaxias que en las estrellas.