Studie: Einige Weiße Zwerge sähen aus der Nähe grün, rosa oder lila aus

Wie das Team vorging

Das Team arbeitete mit zwei Arten von Stichproben. Die eine umfasst alle bekannten Weißen Zwerge im Umkreis von 20 Parsec um die Sonne (etwa 65 Lichtjahre), zusammen 152 Sterne, und zeigt, was typisch ist. Sie ist nach der Entfernung abgegrenzt, nicht nach der Helligkeit. Die anderen sind gezielt ausgewählte Gruppen, die die Extreme zeigen sollen: 36 kohlenstoffreiche Weiße Zwerge, 36, die reich an schwereren Elementen wie Natrium, Calcium und Magnesium sind (Astronomen nennen jedes Element, das schwerer als Helium ist, ein Metall, doch Kohlenstoff zählt in dieser Gruppe nicht mit), und 15 sehr kühle mit gemischten Atmosphären aus Wasserstoff und Helium. Für jeden Stern wurde die Farbe entweder aus seinem beobachteten Spektrum berechnet oder aus einem Modellspektrum, das zur gemessenen Temperatur und Zusammensetzung des Sterns passt. Ein Spektrum ist das Licht eines Sterns, nach Wellenlängen aufgefächert. Das Team wertete es mit den Normspektralwertfunktionen der CIE von 1931 aus, dem internationalen Standard dafür, wie das menschliche Auge beim Tagsehen auf jede Wellenlänge anspricht, und rechnete das Ergebnis in sRGB um, den Farbraum, mit dem Bildschirme arbeiten.

Das Ergebnis ist ein Farbton und eine Sättigung, keine Helligkeit. Kein Weißer Zwerg ist uns so nahe, dass wir seine Scheibe sehen könnten; es handelt sich also um berechnete Farben, nicht um Fotos.

Die meisten Weißen Zwerge sind wirklich weiß

Der typische Weiße Zwerg der Stichprobe hat eine Farbtemperatur von etwa 6.800 K (in der Studie 6.768 K). Das ist die Temperatur, bei der ein idealer glühender Körper, ein Schwarzer Körper, dieselbe Farbe zeigen würde. Dieser Farbton ist ein sehr blasses Weiß, ähnlich dem Tageslicht. Das vertraute Bild bläulicher Weißer Zwerge stammt von den heißesten: Sie sind heller und deshalb in Durchmusterungen überrepräsentiert, die die hellsten Objekte auswählen. Die Autoren bezeichnen die übliche Darstellung blauer Weißer Zwerge als nicht repräsentativ.

Bei 147 der 152 liegen die Farben nahe an denen eines Schwarzen Körpers. Die Farben Schwarzer Körper bilden je nach Temperatur eine Linie von Rot über Weiß bis Blau, und auf genau dieser Linie liegt auch die Farbe der Sonne. Fünf Weiße Zwerge fallen heraus: Zwei sind gelb, drei rosa, und keiner ist grün. Fünf von 152, das sind 3,3 %. Für Weiße Zwerge insgesamt schätzt die Studie, dass 3,4 % eine Farbe haben, die deutlich von der eines glühenden Körpers abweicht, also etwa jeder dreißigste; wegen der kleinen Stichprobe reicht die Spanne von etwa 2 bis 5 %. Die ungewöhnlichen Farben sind selten, aber es gibt sie wirklich.

Der grüne Stern: WD J1330+6435

Am kräftigsten grün ist in der Studie WD J1330+6435, ein kühler Weißer Zwerg von etwa 4.240 K (rund 4.000 °C). Er gehört nicht zu den 152 nächstgelegenen Weißen Zwergen, sondern zu den 36 metallreichen. Seine Heliumatmosphäre enthält Spuren von Natrium, Calcium und Lithium. Wie bei anderen Weißen Zwergen dieser Art stammen diese Elemente aus Gesteinstrümmern seines Planetensystems, die auf den Stern gestürzt sind. Das Natrium absorbiert orangefarbenes Licht und das Calcium violettes, deshalb ist das Licht des Sterns um 500 nm am stärksten (ein Nanometer, nm, ist ein milliardstel Meter). Die Farbe, die daraus entsteht, nennt die Studie chartreuse green, ein Gelbgrün.

Zu diesem Grün gibt es zwei Einschränkungen. Erstens stammt die Farbe aus einem Modell: Die Autoren haben ein Modell an ein beobachtetes Spektrum angepasst, das sie selbst als etwas verrauscht bezeichnen; die wirkliche Farbe kann also leicht abweichen. Zweitens ist der Stern kein Einzelfall: Zwei weitere der 36 metallreichen Weißen Zwerge, WD J0851+1543 und WD J1351+2645, sehen ebenfalls grün aus, wenn auch viel blasser. Manche Schlagzeilen nennen WD J1330+6435 den „ersten grünen Stern“. So weit geht die Studie nicht. Sie sagt lediglich, dass nach Kenntnis der Autoren bisher außer Weißen Zwergen kein Stern als grün beschrieben worden ist. Wir beschreiben WD J1330+6435 deshalb als den Weißen Zwerg mit dem kräftigsten Grün unter allen, die die Autoren untersucht haben.

Rosa, Gelb, Cyan und Lila

Kühlere Weiße Zwerge mit Kohlenstoff in der Atmosphäre sehen rosa bis lachsfarben aus. WD J0902+2010 ist auf den simulierten Bildern der Studie rosa, und WD J1011+2845, 14,73 Parsec oder etwa 48 Lichtjahre entfernt, ist tief lachsrosa. Bei WD J1011+2845 liegt der größte Teil des Lichts bei Wellenlängen über 600 nm (Orange und Rot), und laut der Studie ist dieser Stern dem Farbeindruck nach wahrscheinlich der röteste bekannte Stern. Das beschreibt sein Aussehen, nicht seine Temperatur: Mit etwa 4.300 K ist er ähnlich warm wie der grüne Stern. Unter den 36 kohlenstoffreichen Weißen Zwergen sehen die wärmsten blassblau aus, einige etwas kühlere blasslila und die meisten kühleren rosa in verschiedenen Tönen, einige wenige pfirsichfarben.

Die beiden gelben Weißen Zwerge unter den 152 sind metallreiche Sterne, wie der grüne Stern. Cyan kommt in einer anderen Gruppe vor: bei sehr kühlen Weißen Zwergen mit gemischten Atmosphären aus Wasserstoff und Helium, in denen Wasserstoffmoleküle bei Zusammenstößen mit Heliumatomen sichtbares Licht absorbieren. Die Studie hat 15 dieser Sterne gesondert untersucht; sie sind also keine repräsentative Stichprobe.

Warum die Dichte die Farbe verändert

Die Ursache liegt in der Atmosphäre. Die Schwerkraft presst die äußere Schicht eines Weißen Zwerges so stark zusammen, dass diese Schicht bei den kühlsten Sternen eine Dichte von etwa 1 g/cm³ erreicht, ungefähr die von Wasser. In einem so dichten Gas verbreitern sich die stärksten Absorptionslinien der Metallatome zu Banden, die Dutzende bis Hunderte Nanometer breit sind. Eine Spur Natrium oder Calcium kann dem Licht dann nicht nur einen schmalen Streifen des Spektrums entziehen, sondern eine ganze Farbe.

• Natrium absorbiert Orange, Calcium dazu Violett, übrig bleibt Grün.
• Kohlenstoffmoleküle absorbieren in breiten Banden mitten im sichtbaren Spektrum; bei etwas wärmeren Sternen wirkt das Licht dadurch blasslila. In den kühlsten, dichtesten Atmosphären verzerrt die Dichte die Banden (bei mindestens einem Stern womöglich auch ein Magnetfeld), und die Farbe wird rosa.
• Zusammenstöße von Wasserstoff und Helium verschieben die Farbe in den kühlsten gemischten Atmosphären in Richtung Cyan.

Kannst du das sehen?

Nein. Keiner dieser Sterne ist mit bloßem Auge sichtbar, und im Teleskop nimmt unser Auge bei schwachem Licht Farben nur schlecht wahr, sodass sich nicht verlässlich erkennen ließe, welche Farbe sie haben. Wer nahe genug herankäme, sähe die Sterne außerdem weit heller, als irgendein Bildschirm zeigen kann. Diese Farben sind das, was die Physik des Lichts vorhersagt; am Nachthimmel lässt sich davon nichts nachprüfen.