Niektóre białe karły z bliska wydałyby się zielone, różowe lub fioletowe

Na czym polegało badanie

Zespół zbadał dwa rodzaje próbek gwiazd. Pierwsza to wszystkie znane białe karły w promieniu 20 parseków od Słońca (około 65 lat świetlnych), razem 152 gwiazdy, które pokazują, co jest typowe; o przynależności gwiazdy do tej próbki decyduje odległość, a nie jasność. Pozostałe to celowo dobrane grupy, które mają pokazać skrajności: 36 białych karłów bogatych w węgiel, 36 bogatych w cięższe pierwiastki, takie jak sód, wapń i magnez (astronomowie nazywają metalem każdy pierwiastek cięższy od helu, ale węgiel ma tu własną grupę), oraz 15 bardzo chłodnych, o atmosferach z mieszaniny wodoru i helu. Barwę każdej gwiazdy obliczono albo z jej obserwowanego widma, albo z widma modelowego, odpowiadającego zmierzonej temperaturze i składowi gwiazdy. Widmo to światło gwiazdy rozłożone według długości fali. Zespół przeliczył je według wzorca CIE 1931, tak zwanego normalnego obserwatora kolorymetrycznego, czyli międzynarodowego standardu opisującego, jak ludzkie oko w świetle dziennym reaguje na poszczególne długości fali. Wynik przełożono na sRGB, system barw używany przez ekrany.

Wynik to odcień i nasycenie, a nie jasność. Żaden biały karzeł nie jest na tyle blisko, byśmy mogli zobaczyć jego tarczę, więc są to barwy obliczone, a nie zdjęcia.

Większość białych karłów naprawdę jest biała

Typowy biały karzeł w próbce ma temperaturę barwową około 6800 K (w artykule 6768 K), czyli temperaturę, w której ciało doskonale czarne miałoby tę samą barwę. Odpowiada to bardzo bladej bieli, bliskiej światłu dziennemu. Utarty obraz niebieskawych białych karłów pochodzi od najgorętszych z nich: są jaśniejsze, więc jest ich nieproporcjonalnie dużo w przeglądach nieba, do których trafiają najjaśniejsze obiekty. Autorzy piszą wprost, że powszechne przedstawianie białych karłów jako niebieskich nie oddaje tego, jakie są zazwyczaj.

Spośród 152 gwiazd 147 ma barwę bliską barwie ciała doskonale czarnego. Barwy takich ciał układają się w szereg od czerwieni przez biel do błękitu i w tym samym szeregu mieści się też barwa Słońca. Pięć gwiazd do tego szeregu nie pasuje: dwie są żółte, trzy różowe, a zielonej nie ma wśród nich żadnej. Pięć ze 152 to 3,3%. Dla białych karłów w ogóle artykuł szacuje ten udział na 3,4% (ze względu na małą próbkę w przybliżeniu od 2% do 5%): mniej więcej jeden biały karzeł na trzydzieści ma barwę wyraźnie inną niż barwa rozżarzonego ciała. Niezwykłe barwy są rzadkie, ale istnieją naprawdę.

Zielona gwiazda: WD J1330+6435

Spośród gwiazd opisanych w artykule najbardziej intensywnie zieloną barwę ma WD J1330+6435, chłodny biały karzeł o temperaturze około 4240 K (mniej więcej 4000°C). Nie należy on do 152 białych karłów najbliższych Słońcu, lecz do grupy 36 bogatych w metale. Jego helowa atmosfera zawiera ślady sodu, wapnia i litu. Jak u innych takich białych karłów, pochodzą one ze skalnych szczątków jego układu planetarnego, które spadły na gwiazdę. Sód pochłania światło pomarańczowe, a wapń fioletowe, więc światło gwiazdy jest najsilniejsze w okolicy 500 nm (nanometr, nm, to miliardowa część metra). Artykuł określa tę barwę jako żółtozieloną (ang. chartreuse green).

Z tą zielenią wiążą się dwa zastrzeżenia. Po pierwsze, to barwa wyliczona z modelu: autorzy dopasowali model do obserwowanego widma, które według nich samych jest obarczone pewnym szumem, więc prawdziwa barwa może się nieznacznie różnić. Po drugie, gwiazda nie jest jedyną: dwa inne białe karły spośród 36 bogatych w metale, WD J0851+1543 i WD J1351+2645, także wyglądają na zielone, choć ich zieleń jest znacznie bledsza. Niektóre nagłówki w mediach nazywają WD J1330+6435 pierwszą zieloną gwiazdą. Autorzy artykułu są ostrożniejsi: piszą jedynie, że o ile im wiadomo, żadnej gwiazdy poza białymi karłami nikt dotąd nie opisał jako zielonej. My nazywamy ją najbardziej intensywnie zieloną spośród białych karłów zbadanych przez autorów.

Różowe, żółte, zielononiebieskie i fioletowe

W chłodniejszych białych karłach za barwy różowe i łososiowe odpowiada węgiel w atmosferze. Na symulowanych obrazach z artykułu WD J0902+2010 ma barwę różową. WD J1011+2845, gwiazda odległa o 14,73 parseka, czyli około 48 lat świetlnych, ma barwę intensywnie łososiową. Większość światła tej gwiazdy przypada na fale dłuższe niż 600 nm (pomarańczowe i czerwone), a autorzy artykułu piszą, że to prawdopodobnie najczerwieńsza znana gwiazda pod względem postrzeganej barwy. To opis jej wyglądu, a nie temperatury: ta wynosi około 4300 K, podobnie jak u zielonej gwiazdy. Wśród 36 białych karłów bogatych w węgiel najcieplejsze wyglądają na bladoniebieskie, kilka nieco chłodniejszych – na bladofioletowe, a większość jeszcze chłodniejszych ma różne odcienie różu; nieliczne są brzoskwiniowe.

Dwa żółte białe karły wśród 152 to gwiazdy bogate w metale, podobnie jak zielona. Barwa zielononiebieska pojawia się w innej grupie: u bardzo chłodnych białych karłów o atmosferach z mieszaniny wodoru i helu, w których zderzenia cząsteczek wodoru z atomami helu pochłaniają światło widzialne. Autorzy zbadali 15 takich gwiazd jako osobną, celowo dobraną grupę, więc nie są one próbką reprezentatywną.

Dlaczego gęstość zmienia barwę

Przyczyna tkwi w atmosferze. Grawitacja ściska zewnętrzną warstwę białego karła tak mocno, że u najchłodniejszych gwiazd jej gęstość dochodzi do około 1 g/cm³, czyli mniej więcej do gęstości wody. W tak gęstym gazie najsilniejsze linie absorpcyjne atomów metali są tak poszerzone, że tworzą pasma o szerokości od kilkudziesięciu do kilkuset nanometrów. Śladowa ilość sodu czy wapnia może wtedy usunąć ze światła cały zakres barw, a nie tylko wąski fragment widma.

• Sód pochłania światło pomarańczowe, a wapń fioletowe; zostaje zieleń.
• Cząsteczki węgla pochłaniają w szerokich pasmach pośrodku widma widzialnego, co u nieco cieplejszych gwiazd daje barwę bladofioletową. W najchłodniejszych atmosferach wyższa gęstość zniekształca te pasma (u co najmniej jednej gwiazdy być może robi to także pole magnetyczne) i barwa przechodzi w róż.
• Zderzenia wodoru z helem w najchłodniejszych atmosferach mieszanych nadają barwie odcień zielononiebieski.

Czy można to zobaczyć?

Nie. Żadnej z tych gwiazd nie widać gołym okiem, a nawet przez teleskop nie dałoby się pewnie rozpoznać ich barw, bo w słabym świetle oko źle rozróżnia kolory. Z bliska gwiazdy byłyby też o wiele jaśniejsze, niż potrafi pokazać jakikolwiek ekran. Te barwy to przewidywania oparte na fizyce światła i nie da się ich sprawdzić, patrząc dziś w niebo.