¿Por qué Arcturus tiene una luminosidad tan baja en relación con su temperatura?

Estos son tipos muy diferentes de estrellas.

La clave es el diagrama de Hertzsprung-Russell.
Cuando observe los ejes, notará que la temperatura y el color corresponden al eje horizontal. Esto se debe a que el color es básicamente el mismo que la temperatura (ver Radiación del cuerpo negro e Índice de color). El eje vertical es la luminosidad, y hay luminosidades muy diferentes que corresponden a un color / temperatura dado:

Ahora, introduzcamos algunos números:

Arcturus: Índice de color BV +1.23, temperatura 4,286 K, Luminosidad 170 L☉ (es decir, 170 veces más brillante que el Sol)
Mira: BV = + 1.53, T = 2,918–3,192 K (¡variable!), L = 8,400–9,360 L☉
Antares: BV = + 1.83, T = 3,400 K, L = 57,500 L☉
Betelgeuse: BV = + 1.85, T = 3,590 K, L = 90,000–150,000 L☉ (¡distancia incierta!)
Gamma Crucis: BV = + 1.59, T = 3,626 K, L = 1,500 L☉
Mu Cephei: BV = + 2.35, T = 3,750 K, L = 283,000 L☉
Aldebarán: BV = + 1,44, T = 3.910 K, L = 518 L☉

¿Dónde pone esto estas estrellas en el diagrama de Hertzsprung-Russell?

La razón por la cual las estrellas de tu lista tienen diferentes luminosidades es que pertenecen a diferentes clases:

Arcturus es un gigante.
Aldebarán y Gamma Crucis son gigantes brillantes.
Mira es … bueno, Mira es rara. Actualmente se encuentra en la rama gigante asintótica y en una variable Mira. Las luminosidades de las estrellas variables son un buen punto de partida para otra pregunta.
Antares y Betelgeuse son supergigantes. La luminosidad exacta de Betelgeuse es desconocida, porque su distancia es incierta.
No puse el supergigante Mu Cephei en el diagrama, porque esa estrella también es un poco extraña. Parece estar rodeado por una atmósfera extendida con una temperatura baja (ca. 2000 K) que enrojece dramáticamente su luz. Pero estaría cerca de Antares y Betelgeuse si ese no fuera el caso.

Si desea comprender cómo evoluciona una estrella de masa dada a través del HRD, le recomiendo este gran simulador: http://spiff.rit.edu/classes/phy…
Debería explicar cómo la masa afecta la evolución estelar.

La luminosidad depende de la temperatura de la superficie (cuánta luz emite cada metro cuadrado) y del área de la superficie (cuántos metros cuadrados). Todas las demás estrellas que enumeraste son supergigantes rojas, con un radio de hasta 1500 diámetros solares. El área sube como un cuadrado de diámetro. Arcturus es un gigante naranja “solo” 25 de diámetro del Sol. Los otros muchachos ganan.

Tenga en cuenta que Aldebarán, con 44 de diámetro solar y 520 de luminosidad, está mucho más cerca de Arcturus que de los otros cinco.

No estoy seguro de dónde estás mirando, mi amigo, ya que Arcturus tiene una magnitud visual de −0.05, y es la estrella más brillante del hemisferio celeste norte y la cuarta estrella más brillante del cielo nocturno, después de Sirio a −1.46 AM. Está a solo 36 años luz de distancia, tan relativamente cerca de nosotros, y es una estrella Gigante Roja. Es un objeto a simple vista, el límite a simple vista se acepta normalmente en +0.5, por lo que es bastante brillante cuando considera que Venus es −4.9 AM, cualquier cosa por encima de 0.0 es bastante brillante.

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