Osa valkoisista kääpiöistä näyttäisi läheltä vihreältä, vaaleanpunaiselta tai liilalta

Mitä tutkimuksessa tehtiin

Tutkijat käyttivät kahdenlaisia otoksia. Ensimmäiseen kuuluvat kaikki tunnetut valkoiset kääpiöt 20 parsekin eli noin 65 valovuoden säteellä Auringosta, yhteensä 152 tähteä. Otos kertoo, millainen on tavallinen valkoinen kääpiö, sillä se on rajattu etäisyyden eikä kirkkauden perusteella. Muut otokset ovat erikseen valittuja ryhmiä, jotka edustavat ääripäitä: 36 hiilirikasta valkoista kääpiötä, 36 valkoista kääpiötä, joissa on runsaasti raskaampia alkuaineita kuten natriumia, kalsiumia ja magnesiumia (tähtitieteilijät kutsuvat metalleiksi kaikkia heliumia raskaampia alkuaineita, mutta tähän ryhmään ei lasketa hiiltä), sekä 15 hyvin viileää valkoista kääpiötä, joiden kaasukehä on vedyn ja heliumin seosta. Kunkin tähden väri laskettiin joko sen havaitusta spektristä tai mallispektristä, joka vastaa tähden mitattua lämpötilaa ja koostumusta. Spektri on tähden valo aallonpituuksiin jaettuna. Tutkijat muunsivat spektrin väriksi CIE 1931 -värinsovitusfunktioiden avulla. Ne ovat kansainvälinen standardi, joka kuvaa, miten ihmisen päivänäkö reagoi kuhunkin aallonpituuteen. Lopuksi tulos muunnettiin sRGB-järjestelmään, jota näytöt käyttävät värien esittämiseen.

Tuloksena on värisävy ja kylläisyys, ei kirkkaus. Yksikään valkoinen kääpiö ei ole niin lähellä, että näkisimme sen kiekon, joten nämä ovat laskettuja värejä eivätkä valokuvia.

Useimmat valkoiset kääpiöt ovat todella valkoisia

Otoksen tyypillisen valkoisen kääpiön värilämpötila on noin 6 800 K (artikkelissa 6 768 K). Se on lämpötila, jossa täydellinen hehkuva kappale eli musta kappale näyttäisi samanväriseltä. Väri on lähes puhdas valkoinen, lähellä päivänvalon väriä. Tuttu mielikuva sinertävistä valkoisista kääpiöistä on peräisin kuumimmista tähdistä: ne ovat kirkkaampia ja siksi yliedustettuina kartoituksissa, joihin valitaan kirkkaimmat kohteet. Kirjoittajien mukaan tämä kuva ei ole edustava.

Näistä 152 tähdestä 147:n väri osuu lähelle mustan kappaleen väriasteikkoa, jolla Auringonkin väri on ja joka kulkee punaisesta valkoisen kautta siniseen. Viisi poikkeaa siitä: kaksi on keltaisia ja kolme vaaleanpunaisia, eikä yksikään ole vihreä. Viisi tähteä 152:sta on 3,3 prosenttia. Kun otoksen pieni koko otetaan huomioon, artikkelissa arvioidaan, että kaikista valkoisista kääpiöistä 3,4 % (noin 2–5 %) eli noin yksi kolmestakymmenestä poikkeaa väriltään selvästi hehkuvasta kappaleesta. Epätavalliset värit ovat harvinaisia, mutta ne ovat todellisia.

Vihreä tähti: WD J1330+6435

Tutkimuksen voimakkaimmin vihreä tähti on WD J1330+6435, viileä valkoinen kääpiö, jonka lämpötila on noin 4 240 K (noin 4 000 °C). Se ei kuulu 152 lähimmän valkoisen kääpiön otokseen vaan 36 metallirikkaan valkoisen kääpiön ryhmään. Sen heliumkaasukehässä on pieniä määriä natriumia, kalsiumia ja litiumia. Kuten muissakin tällaisissa valkoisissa kääpiöissä, nämä alkuaineet ovat peräisin tähden planeettakunnan kiviaineksesta, joka on pudonnut tähden pinnalle. Natrium absorboi oranssia valoa ja kalsium violettia, joten tähden valo on voimakkainta noin 500 nm:n kohdalla (nanometri, nm, on metrin miljardisosa). Artikkelissa tästä sävystä käytetään nimeä chartreuse green eli kellanvihreä.

Vihreään väriin liittyy kaksi huomautusta. Ensinnäkin väri on mallinnettu: kirjoittajat sovittivat mallin havaittuun spektriin, jota he itse kuvaavat jonkin verran kohinaiseksi, joten todellinen väri voi olla hieman erilainen. Toiseksi tähti ei ole ainutlaatuinen: myös kaksi muuta 36 metallirikkaasta valkoisesta kääpiöstä, WD J0851+1543 ja WD J1351+2645, näyttävät vihreiltä, joskin paljon haaleammilta. Jotkin uutisotsikot kutsuvat WD J1330+6435:tä ensimmäiseksi vihreäksi tähdeksi. Artikkeli on varovaisempi: siinä todetaan vain, ettei kirjoittajien tietämän mukaan minkään muun tähden kuin valkoisen kääpiön ole väitetty näyttävän vihreältä. Siksi tässä jutussa sitä sanotaan tutkittujen valkoisten kääpiöiden voimakkaimmin vihreäksi.

Vaaleanpunaista, keltaista, syaania ja liilaa

Vaaleanpunaisilta ja lohenpunaisilta näyttävien valkoisten kääpiöiden kaasukehässä on hiiltä. WD J0902+2010 on artikkelin simuloiduissa kuvissa vaaleanpunainen, ja 14,73 parsekin eli noin 48 valovuoden päässä oleva WD J1011+2845 on voimakkaan lohenpunainen. Suurin osa sen valosta on yli 600 nm:n aallonpituuksilla (oranssi ja punainen), ja artikkelin mukaan se on todennäköisesti punaisimman näköinen tunnettu tähti. Tämä kuvaa sitä, miltä tähti näyttää, eikä sitä, kuinka viileä se on: sen lämpötila, noin 4 300 K, on lähellä vihreän tähden lämpötilaa. 36 hiilirikkaan valkoisen kääpiön joukossa lämpimimmät ovat vaaleansinisiä ja muutama hieman viileämpi vaaleanliila; viileämmistä useimmat ovat eri sävyisiä vaaleanpunaisia ja muutama persikanvärinen.

152 tähden otoksen kaksi keltaista valkoista kääpiötä ovat metallirikkaita, kuten vihreäkin. Syaani taas esiintyy toisessa ryhmässä: hyvin viileissä valkoisissa kääpiöissä, joiden kaasukehä on vedyn ja heliumin seosta ja joissa vetymolekyylien ja heliumatomien törmäykset absorboivat näkyvää valoa. Tutkijat tarkastelivat 15 tällaista tähteä erikseen, joten ne eivät ole edustava otos.

Miksi tiheys muuttaa väriä

Syy on kaasukehässä. Painovoima puristaa valkoisen kääpiön uloimman kerroksen niin tiiviiksi, että viileimmissä tähdissä sen tiheys on noin 1 g/cm³, suunnilleen sama kuin veden. Näin tiheässä kaasussa metalliatomien voimakkaimmat absorptioviivat levenevät kaistoiksi, joiden leveys on kymmenistä satoihin nanometreihin. Pieni määrä natriumia tai kalsiumia voi silloin poistaa valosta kokonaisen värin eikä vain kapeaa siivua spektristä.

• Natrium absorboi oranssia ja kalsium violettia, jolloin jäljelle jää vihreä.
• Hiilimolekyylit absorboivat leveillä kaistoilla näkyvän spektrin keskiosassa, mikä antaa hieman lämpimämmille tähdille vaaleanliilan värin. Viileimmissä ja tiheimmissä kaasukehissä tiheys vääristää kaistoja (ainakin yhdessä tähdessä kenties myös magneettikenttä), ja väri muuttuu vaaleanpunaiseksi.
• Vedyn ja heliumin törmäykset siirtävät väriä kohti syaania kaikkein viileimmissä kaasukehissä.

Voiko värejä nähdä itse?

Ei. Yksikään näistä tähdistä ei näy paljain silmin, eivätkä värit näkyisi kaukoputkessakaan luotettavasti, koska heikossa valossa silmä erottaa värejä huonosti. Läheltä katsottuina tähdet olisivat lisäksi paljon kirkkaampia kuin mikään näyttö pystyy esittämään. Värit on laskettu fysiikan avulla, joten niitä ei voi tarkistaa yötaivaalta.