Вблизи некоторые белые карлики выглядели бы зелёными, розовыми или лиловыми

Что сделали авторы

Авторы работали с выборками двух видов. Первая — все известные белые карлики в пределах 20 парсеков от Солнца (около 65 световых лет), всего 152 звезды. Она отобрана по расстоянию, а не по яркости, и поэтому показывает, какие белые карлики типичны. Остальные — группы, подобранные так, чтобы охватить крайние случаи: 36 белых карликов, богатых углеродом; 36 белых карликов, богатых более тяжёлыми элементами, например натрием, кальцием и магнием (астрономы называют металлом любой элемент тяжелее гелия, но в этой группе углерод не учитывается); и 15 очень холодных белых карликов со смешанной водородно-гелиевой атмосферой. Цвет каждой звезды рассчитан либо по её наблюдаемому спектру, либо по модельному спектру, подобранному под измеренную температуру и химический состав звезды. Спектр — это свет звезды, разложенный по длинам волн. Его пересчитали с помощью функций сложения цветов CIE 1931 — международного стандарта, который описывает, как дневное зрение человека откликается на каждую длину волны, — а результат перевели в sRGB, цветовое пространство экранов.

В итоге получаются цветовой тон и насыщенность, но не яркость. Ни один белый карлик не находится так близко, чтобы мы могли разглядеть его диск, поэтому это рассчитанные цвета, а не фотографии.

Большинство белых карликов действительно белые

Цветовая температура типичного белого карлика в выборке — около 6800 К (в статье — 6768 К). Это температура, при которой абсолютно чёрное тело, идеальный излучатель, светилось бы тем же цветом. Получается почти чистый белый, близкий к дневному свету. Авторы пишут, что распространённые изображения голубых белых карликов не передают того, как выглядит типичный белый карлик.

Из 152 звёзд у 147 цвет близок к цвету абсолютно чёрного тела. Такие цвета выстраиваются в ряд от красного через белый к голубому, и цвет Солнца тоже находится в этом ряду. Пять звёзд в него не укладываются: две жёлтые и три розовые, а зелёных среди них нет. Пять из 152 — это 3,3%. Для белых карликов в целом авторы с поправкой на малую выборку оценивают долю звёзд, цвет которых явно не похож на цвет абсолютно чёрного тела, в 3,4% (примерно от 2 до 5%), то есть около одной из тридцати. Необычные цвета встречаются редко, но они реальны.

Зелёный: WD J1330+6435

Самый насыщенный зелёный цвет в статье — у WD J1330+6435, холодного белого карлика с температурой около 4240 К (примерно 4000 °C). Этот карлик не входит в число 152 ближайших: он из группы 36 звёзд, богатых металлами. В его гелиевой атмосфере есть примеси натрия, кальция и лития. Как и у других подобных белых карликов, эти элементы попали туда с каменистыми обломками его планетной системы, упавшими на звезду. Натрий поглощает оранжевый свет, а кальций — фиолетовый, поэтому излучение звезды сильнее всего около 500 нм (нанометр, нм, — миллиардная доля метра). Авторы называют получившийся оттенок chartreuse green, то есть жёлто-зелёный.

Но здесь нужны две оговорки. Во-первых, цвет модельный: авторы подогнали модель к наблюдаемому спектру, который сами называют несколько зашумлённым, так что в действительности цвет может немного отличаться. Во-вторых, звезда не единственная: ещё два белых карлика из той же группы богатых металлами, WD J0851+1543 и WD J1351+2645, тоже выглядят зелёными, хотя гораздо бледнее. В некоторых заголовках WD J1330+6435 называют первой зелёной звездой. В самой статье сказано скромнее: насколько известно авторам, зелёной до сих пор не называли ни одной звезды, кроме белых карликов. Точнее будет сказать так: среди белых карликов, изученных авторами, у WD J1330+6435 самый насыщенный зелёный цвет.

Розовые, жёлтые, сине-зелёные и лиловые

Розовый и лососёво-розовый цвета бывают у белых карликов с углеродом в атмосфере. На смоделированных в статье изображениях WD J0902+2010 розовый, а WD J1011+2845, который находится на расстоянии 14,73 парсека (около 48 световых лет), — насыщенного лососёво-розового цвета. Большая часть света этой звезды приходится на длины волн больше 600 нм (оранжевый и красный), и авторы пишут, что это, вероятно, самая красная по видимому цвету звезда из известных. Речь о том, как она выглядит, а не о том, насколько она холодная: её температура, около 4300 К, близка к температуре зелёной звезды. Среди 36 белых карликов, богатых углеродом, самые горячие выглядят бледно-голубыми, затем чуть более холодные — бледно-лиловыми, а большинство ещё более холодных — розовыми разных оттенков, некоторые — персиковыми.

Оба жёлтых белых карлика из 152 ближайших богаты металлами, как и зелёный. Сине-зелёный цвет встречается в другой группе — у очень холодных белых карликов со смешанной водородно-гелиевой атмосферой, где видимый свет поглощается при столкновениях молекул водорода с атомами гелия. В статье таких звёзд 15, их изучали отдельно, так что это не представительная выборка.

Почему плотность меняет цвет

Всё дело в атмосфере. Тяготение сжимает внешний слой белого карлика так сильно, что у самых холодных звёзд плотность этого слоя достигает примерно 1 г/см³ — это почти плотность воды. В таком плотном газе самые сильные линии поглощения атомов металлов размываются в полосы шириной от десятков до сотен нанометров. Тогда даже следы натрия или кальция способны убрать из света целый цвет, а не узкую полоску спектра.

• Натрий поглощает оранжевый, кальций — фиолетовый, и остаётся зелёный.
• Молекулы углерода поглощают свет в широких полосах посередине видимого спектра, и у звёзд потеплее цвет получается бледно-лиловым. В самых холодных атмосферах газ так плотен, что полосы искажаются (по крайней мере у одной звезды, возможно, свой вклад вносит и магнитное поле), и цвет становится розовым.
• Столкновения водорода с гелием в самых холодных смешанных атмосферах сдвигают цвет к сине-зелёному.

Можно ли это увидеть?

Нет. Ни одна из этих звёзд не видна невооружённым глазом, а в телескоп при слабом свете наши глаза плохо различают цвета, так что надёжно увидеть эти оттенки не получится. К тому же вблизи такие звёзды были бы гораздо ярче, чем может показать любой экран. Эти цвета следуют из физики излучения, поэтому сверить их с ночным небом нельзя.