Witte dwergen van dichtbij: sommige zouden groen, roze of paars ogen

Wat de onderzoekers deden

Het team werkte met twee soorten steekproeven. De eerste bevat alle bekende witte dwergen binnen 20 parsec van de zon (ongeveer 65 lichtjaar), 152 sterren, en laat zien wat gewoon is; die steekproef is begrensd door afstand, niet door helderheid. Daarnaast zijn er groepen die speciaal zijn uitgekozen om de uitersten te tonen: 36 koolstofrijke witte dwergen, 36 die rijk zijn aan zwaardere elementen zoals natrium, calcium en magnesium (astronomen noemen elk element dat zwaarder is dan helium een metaal, maar koolstof telt in deze groep niet mee) en 15 zeer koele met een gemengde atmosfeer van waterstof en helium. Voor elke ster berekenden de onderzoekers de kleur uit het waargenomen spectrum, of uit een modelspectrum dat past bij de gemeten temperatuur en samenstelling van die ster. Een spectrum is het licht van de ster, uitgesplitst naar golflengte. Het team verwerkte dat spectrum met de kleurvergelijkingsfuncties van CIE 1931 – de internationale standaard voor hoe het menselijk oog bij daglicht op elke golflengte reageert – en zette de uitkomst om naar sRGB, het kleursysteem dat beeldschermen gebruiken.

De uitkomst is een tint en een verzadiging, geen helderheid. Geen enkele witte dwerg staat zo dichtbij dat we zijn schijf kunnen zien; dit zijn dus berekende kleuren, geen foto’s.

De meeste witte dwergen zijn echt wit

De typische witte dwerg in de steekproef heeft een kleurtemperatuur van ongeveer 6800 K (6768 K in het artikel): de temperatuur waarbij een ideaal gloeiend lichaam, een zwarte straler, dezelfde kleur zou hebben. Dat is heel bleek wit, dicht bij daglicht. Het bekende beeld van blauwachtige witte dwergen komt van de heetste: die zijn helderder en daardoor oververtegenwoordigd in steekproeven die vooral de helderste objecten oppikken. De auteurs noemen de gangbare voorstelling van blauwe witte dwergen niet representatief.

Van de 152 hebben er 147 een kleur die dicht bij die van een zwarte straler ligt. De kleuren van zwarte stralers vormen een reeks die van rood via wit naar blauw loopt, en ook de kleur van de zon maakt deel uit van die reeks. Vijf vallen erbuiten: twee zijn geel en drie roze, en geen enkele is groen. Vijf van de 152 is 3,3%. Voor witte dwergen in het algemeen schat het artikel, rekening houdend met de kleine steekproef, dat 3,4% (ruwweg 2% tot 5%), ofwel ongeveer één op de dertig, een kleur heeft die duidelijk anders is dan die van een gloeiend lichaam. De ongewone kleuren zijn zeldzaam, maar ze bestaan echt.

De groene: WD J1330+6435

De felst groene ster in het artikel is WD J1330+6435, een koele witte dwerg van ongeveer 4240 K (zo’n 4000°C). Hij hoort niet bij de 152 dichtstbijzijnde witte dwergen, maar bij de 36 metaalrijke. Zijn heliumatmosfeer bevat sporen van natrium, calcium en lithium. Zoals bij andere witte dwergen van dit type komen die sporen van rotsachtig puin dat uit zijn eigen planetenstelsel op de ster is gevallen. Het natrium absorbeert oranje licht en het calcium violet, waardoor het licht van de ster het sterkst is rond 500 nm (een nanometer, nm, is een miljardste van een meter). Het artikel noemt de kleur die daaruit volgt geelgroen (chartreuse green).

Bij dat groen horen twee kanttekeningen. Ten eerste is het een kleur uit een model: de auteurs stemden een model af op een waargenomen spectrum waarin volgens henzelf enige ruis zit, dus de echte kleur kan iets afwijken. Ten tweede is de ster niet uniek: nog twee van de 36 metaalrijke witte dwergen, WD J0851+1543 en WD J1351+2645, zien er ook groen uit, al veel bleker. Sommige krantenkoppen noemen WD J1330+6435 de eerste groene ster. Het artikel is voorzichtiger: het stelt alleen dat, voor zover de auteurs weten, nog nooit iemand heeft beweerd dat een ster die geen witte dwerg is, groen oogt. Wij noemen WD J1330+6435 de felst groene van alle witte dwergen die de auteurs hebben onderzocht.

Roze, geel, cyaan en paars

De roze en zalmroze kleuren horen bij witte dwergen met koolstof in hun atmosfeer. WD J0902+2010 is roze in de gesimuleerde beelden uit het artikel, en WD J1011+2845, op 14,73 parsec of ongeveer 48 lichtjaar afstand, is diep zalmroze. Het meeste licht van deze witte dwerg heeft een golflengte van meer dan 600 nm (oranje en rood), en volgens het artikel is hij voor het oog waarschijnlijk de roodste bekende ster. Dat zegt iets over hoe hij eruitziet, niet over hoe koel hij is: zijn temperatuur, ongeveer 4300 K, ligt dicht bij die van de groene ster. Van de 36 koolstofrijke witte dwergen zijn de warmste lichtblauw, enkele iets koelere lichtpaars en de meeste koelere roze in verschillende tinten, een paar perzikkleurig.

De twee gele witte dwergen onder de 152 zijn metaalrijke sterren, net als de groene. Cyaan komt voor in een andere groep: zeer koele witte dwergen met een gemengde atmosfeer van waterstof en helium, waarin botsingen tussen waterstofmoleculen en heliumatomen zichtbaar licht absorberen. Het artikel bestudeerde 15 van deze sterren apart; ze vormen dus geen representatieve steekproef.

Waarom dichtheid de kleur verandert

De oorzaak zit in de atmosfeer. De zwaartekracht drukt de buitenste laag van een witte dwerg zo sterk samen dat de dichtheid ervan bij de koelste sterren oploopt tot ongeveer 1 g/cm³, ruwweg de dichtheid van water. In zo’n dicht gas worden de sterkste absorptielijnen van metaalatomen uitgesmeerd tot banden van tientallen tot honderden nanometers breed. Een spoortje natrium of calcium kan dan een hele kleur uit het licht wegnemen, in plaats van een smal stukje van het spectrum.

• Natrium absorbeert oranje en calcium violet; wat overblijft is groen.
• Koolstofmoleculen absorberen in brede banden midden in het zichtbare spectrum, wat bij iets warmere sterren lichtpaars geeft. In de koelste atmosferen vervormt de hogere dichtheid die banden (bij minstens één ster doet een magnetisch veld dat misschien ook), en dan wordt de kleur roze.
• Botsingen tussen waterstof en helium in de koelste gemengde atmosferen duwen de kleur richting cyaan.

Kun je het zelf zien?

Nee. Geen van deze sterren is met het blote oog te zien, en door een telescoop onderscheiden onze ogen bij zwak licht slecht kleuren, dus je zou ze niet betrouwbaar zien. Van dichtbij zouden de sterren bovendien veel feller zijn dan een scherm kan weergeven. Deze kleuren volgen uit de natuurkunde van het licht; vannacht aan de hemel kun je ze dus niet controleren.