Mõni valge kääbus paistaks lähedalt vaadates roheline, roosa või lilla

Kuidas värvid arvutati

Teadlased kasutasid kahesuguseid valimeid. Esimene hõlmab kõiki teadaolevaid valgeid kääbuseid kuni 20 parseki ehk umbes 65 valgusaasta kaugusel Päikesest, kokku 152 tähte. See valim on piiritletud kauguse, mitte heleduse järgi, ja näitab seepärast, milline on tüüpiline valge kääbus. Teise moodustavad eraldi välja valitud rühmad, mis esindavad äärmusi: 36 süsinikurikast valget kääbust, 36 metallirikast ning 15 väga jahedat, mille atmosfäär on vesiniku ja heeliumi segu. Metallirikaste tähtede atmosfääris on näiteks palju naatriumi, kaltsiumi ja magneesiumi. (Astronoomid nimetavad metalliks iga heeliumist raskemat elementi, nii et ka süsinik on selles mõttes metall, kuid süsinikurikkad tähed on siin eraldi rühm.) Iga tähe värvus arvutati kas vaadeldud spektri põhjal või sellise mudelspektri põhjal, mis vastab tähe mõõdetud temperatuurile ja koostisele. Spekter on lainepikkuste järgi lahutatud tähevalgus. Spektrile rakendati CIE 1931 värvisobitusfunktsioone ehk spektraalseid kolmevärvitegureid, mis on rahvusvaheline standard selle kohta, kuidas inimese päevanägemine eri lainepikkustele reageerib, ning tulemus teisendati ekraanidel kasutatavasse sRGB-värviruumi.

Tulemus kirjeldab värvitooni ja küllastust, mitte heledust. Ükski valge kääbus ei ole meile nii lähedal, et näeksime selle ketast, seega on need värvid arvutatud, mitte fotodelt võetud.

Enamik valgeid kääbuseid on tõesti valged

Valimi tüüpilisel valgel kääbusel on värvustemperatuur umbes 6800 K (artiklis 6768 K). See on temperatuur, mille juures absoluutselt must keha ehk mustkeha kiirgaks sama värvi valgust. Selline värv on peaaegu puhas valge, päevavalgusele lähedane. Harjumuspärane ettekujutus sinakatest valgetest kääbustest pärineb kõige kuumematest tähtedest: need on heledamad ja jõuavad seepärast heleduse järgi koostatud valimitesse sagedamini, kui nende tegelik osakaal on. Autorite sõnul ei iseloomusta see ettekujutus tüüpilist valget kääbust.

152 tähest 147-l on värvus lähedane mustkeha omale. Mustkeha värvused moodustavad rea punasest valge kaudu siniseni ja samas reas on ka Päikese värvus. Ülejäänud viis jäävad sellest reast kõrvale: kaks on kollased ja kolm roosad, rohelisi nende seas pole. Valimis on neid seega 3,3%. Autorite hinnangul on kõigi valgete kääbuste seas selliseid, mille värv erineb selgelt mustkeha omast, 3,4% (väikest valimit arvestades ligikaudu 2–5%) ehk umbes üks kolmekümnest. Ebatavalised värvid on haruldased, kuid neid tõesti esineb.

Roheline täht: WD J1330+6435

Uuritud tähtedest kõige erksamalt roheline on WD J1330+6435, jahe valge kääbus, mille temperatuur on umbes 4240 K (ligikaudu 4000 °C). See ei kuulu 152 lähima valge kääbuse valimisse, vaid 36 metallirikka hulka. Tähe heeliumiatmosfääris on naatriumi, kaltsiumi ja liitiumi jälgi. Nagu teistelgi sellistel valgetel kääbustel, pärinevad need tähe planeedisüsteemi kivistest rusudest, mis on tähele langenud. Naatrium neelab oranži ja kaltsium violetset valgust, nii et tähe valgus on kõige tugevam umbes 500 nm juures (nanomeeter ehk nm on meetri miljardik). Artiklis nimetatakse saadud värvi inglise keeles „chartreuse green“, mis on kollakasroheline.

Rohelise värvi juures tuleb arvestada kahe asjaoluga. Esiteks on see mudeli abil arvutatud värv: autorid sobitasid mudeli vaadeldud spektriga, milles on autorite enda sõnul üsna palju müra, nii et tegelik värv võib veidi erineda. Teiseks ei ole see täht ainus roheline: 36 metallirikka valge kääbuse seas on veel kaks rohelist, WD J0851+1543 ja WD J1351+2645, kuid nende roheline toon on palju kahvatum. Mõnes uudisepealkirjas on tähte WD J1330+6435 nimetatud esimeseks roheliseks täheks. Artiklis endas on väide tagasihoidlikum: autorite teada ei ole peale valgete kääbuste ühtki teist tähte rohelisena kirjeldatud. Seepärast ütleme siin vaid, et see on autorite uuritud valgetest kääbustest kõige erksamalt roheline.

Roosa, kollane, rohekassinine ja lilla

Roosa ja lõheroosa tooni annab atmosfääris olev süsinik. WD J0902+2010 on artikli simuleeritud piltidel roosa. 14,73 parseki ehk umbes 48 valgusaasta kaugusel asuv WD J1011+2845 on sügavat lõheroosat tooni. Suurem osa selle valgusest jääb üle 600 nm lainepikkustele (oranž ja punane) ning artikli järgi on see silmale paistva värvi poolest tõenäoliselt kõige punasem teadaolev täht. „Kõige punasem“ käib värvi, mitte temperatuuri kohta: tähe temperatuur, umbes 4300 K, on rohelise tähe omaga sarnane. 36 süsinikurikka valge kääbuse seast on kõige kuumemad kahvatusinised, mõned veidi jahedamad kahvatulillad ning jahedamatest enamik eri tooni roosad, mõni virsikuvärvi.

152 lähima valge kääbuse seas olevad kaks kollast on samuti metallirikkad nagu roheline täht. Rohekassinine toon esineb hoopis teises rühmas: väga jahedatel valgetel kääbustel, mille atmosfäär on vesiniku ja heeliumi segu. Nende atmosfääris neelavad vesinikumolekulid ja heeliumiaatomid põrgete ajal nähtavat valgust. Autorid uurisid 15 sellist tähte eraldi rühmana, mis ei ole esinduslik valim.

Miks tihedus värvi muudab

Põhjus peitub atmosfääris. Raskusjõud surub valge kääbuse väliskihi nii tugevasti kokku, et kõige jahedamatel tähtedel ulatub selle tihedus umbes 1 g/cm³-ni ehk ligikaudu vee tiheduseni. Nii tihedas gaasis venivad metalliaatomite kõige tugevamad neeldumisjooned laiali ribadeks, mis on kümneid kuni sadu nanomeetreid laiad. Seetõttu võib juba väike kogus naatriumi või kaltsiumi neelata spektrist terve värvivahemiku, mitte ainult kitsa spektrilõigu.

• Naatrium neelab oranži ja kaltsium violetset valgust; alles jääb roheline.
• Süsinikumolekulid neelavad valgust laiades ribades nähtava spektri keskosas ja see annab keskmise temperatuuriga süsinikurikastele tähtedele kahvatulilla värvi. Kõige jahedamatel tähtedel moonutab atmosfääri suur tihedus neid ribasid (vähemalt ühel tähel võib-olla ka magnetväli) ja värv muutub roosaks.
• Kõige jahedamates segaatmosfäärides neeldub valgus vesiniku ja heeliumi põrgetel ning värv kaldub rohekassinise poole.

Kas neid värve saab ise näha?

Ei. Ükski neist tähtedest ei ole palja silmaga nähtav ja ka teleskoobis ei tule värvid usaldusväärselt esile, sest nõrgas valguses eristab silm värve halvasti. Lähedalt vaadates oleksid tähed ka palju heledamad, kui ükski ekraan suudab näidata. Need värvid on valguse füüsika põhjal arvutatud ennustus, seega ei saa neid tänases öötaevas ise järele kontrollida.