新研究：有些白矮星近距離看會呈綠色、粉紅色或淡紫色

研究團隊做了什麼

團隊用了兩類樣本。第一類是距離太陽 20 秒差距（約 65 光年）以內所有已知的白矮星，共 152 顆，用來看典型的白矮星是什麼樣子；這個樣本是按距離劃定的，不是按亮度挑選的。第二類則是幾組特別挑選、用來呈現極端情形的樣本：36 顆富含碳的白矮星；36 顆富含鈉、鈣、鎂等較重元素的白矮星（天文學家把所有比氦重的元素都叫作金屬，不過這一組不把碳算在內）；以及 15 顆非常冷、大氣混合了氫和氦的白矮星。把星光按波長分開，得到的就是光譜。每顆星的顏色，不是從實際觀測到的光譜算出，就是從溫度和成分都與這顆星測量值相符的模型光譜算出。團隊把光譜代入 CIE 1931 色匹配函數，也就是描述人眼在白天光線下對各個波長有多敏感的國際標準，再把結果換算成螢幕所用的色彩系統 sRGB。

算出來的是色相和飽和度，不是亮度。沒有一顆白矮星近到讓我們看得見它的圓面，所以這些顏色都是計算出來的，不是拍攝得到的。

大多數白矮星真的是白色

樣本中典型白矮星的色溫約 6,800 K（論文的數值是 6,768 K）。所謂色溫，是指理想的熾熱發光體（也就是黑體）呈現同樣顏色時的溫度。這幾乎是純白色，和日光的顏色相近。一般人印象中白矮星帶藍色，這個印象其實來自最熱的那些白矮星：它們比較亮，所以在專挑最亮天體的巡天觀測中比例偏高。作者說，常見的藍色白矮星形象並不具代表性。

152 顆之中，有 147 顆的顏色接近黑體。黑體的顏色會連成一條序列，從紅色經過白色一直到藍色，太陽的顏色也落在這條序列上。另外 5 顆則偏離這條序列：兩顆是黃色，三顆是粉紅色，沒有一顆是綠色。152 顆中有 5 顆，相當於 3.3%。論文考慮到樣本數不多，估計所有白矮星中約有 3.4%（大致介於 2% 到 5% 之間），也就是三十分之一左右，顏色明顯不像熾熱發光體。這類顏色雖然少見，卻確實存在。

綠色的那一顆：WD J1330+6435

論文中綠得最鮮明的是 WD J1330+6435，一顆溫度約 4,240 K（約 4,000°C）的低溫白矮星。它不在離太陽最近的那 152 顆之中，而是屬於 36 顆富含金屬的白矮星。它的氦大氣中含有微量的鈉、鈣和鋰；和其他同類的白矮星一樣，這些元素來自其行星系統、落到星體上的岩石碎屑。鈉吸收橙光，鈣吸收紫光，於是這顆星的光在 500 nm 附近最強（nm 是奈米，即十億分之一公尺）。論文把得出的顏色稱為黃綠色（chartreuse green）。

關於這個綠色，有兩點要先說清楚。第一，它是模型算出來的顏色：作者以模型擬合一份實測光譜，而他們自己也指出這份光譜有些雜訊，所以真實的顏色可能略有不同。第二，這顆星並非獨一無二：36 顆富含金屬的白矮星中，還有兩顆看起來也是綠色，就是 WD J0851+1543 和 WD J1351+2645，只是淡得多。有些新聞標題說 WD J1330+6435 是第一顆綠色的恆星，論文的說法保守得多：只說據作者所知，除了白矮星之外，還沒有人宣稱過有哪一顆恆星看起來是綠色。本文的說法是：在作者研究過的白矮星中，它綠得最鮮明。

粉紅色、黃色、藍綠色和淡紫色

粉紅色和鮭魚粉紅色出現在大氣中含碳的白矮星上。WD J0902+2010 在論文的模擬影像中是粉紅色；WD J1011+2845 距離我們 14.73 秒差距（約 48 光年），是深鮭魚粉紅色。它的光大多落在 600 nm 以上的波長（橙光和紅光）；論文指出，就人眼看到的顏色而言，它可能是已知最紅的恆星。這指的是它看起來的顏色，而不是它的溫度有多低：它的溫度約 4,300 K，和那顆綠色的白矮星差不多。在 36 顆富含碳的白矮星中，最熱的看起來是淡藍色，有幾顆稍冷一些的是淡紫色，較冷的大多是深淺不一的粉紅色，少數是蜜桃色。

152 顆中那兩顆黃色的白矮星，和綠色那顆一樣，都富含金屬。藍綠色則出現在另一群白矮星上：它們非常冷，大氣混合了氫和氦，氫分子和氦原子在這種大氣裡互相碰撞時會吸收可見光。研究團隊專門挑出 15 顆這樣的白矮星另外研究，所以它們不能當作具代表性的樣本。

為什麼密度會改變顏色

關鍵在大氣。白矮星的重力極強，把外層壓得非常緊密；在最冷的白矮星上，外層密度可達約 1 公克/立方公分，和水的密度差不多。在這麼稠密的氣體中，金屬原子最強的吸收線會大幅變寬，成為寬達數十到數百奈米的吸收帶。這時只要一點點鈉或鈣，就能把光中的某一種顏色整個濾掉，而不只是濾掉光譜上窄窄的一小段。

• 鈉吸收橙光，鈣吸收紫光，剩下的光就呈綠色。
• 碳分子在可見光譜的中段有寬廣的吸收帶，會讓稍熱一些的白矮星呈現淡紫色。在最冷、最稠密的大氣裡，密度會讓這些吸收帶變形（至少有一顆星可能還受到磁場影響），顏色就轉為粉紅色。
• 在最冷的混合大氣中，氫和氦的碰撞會使顏色偏向藍綠色。

看得到嗎？

看不到。這些星沒有一顆是肉眼看得見的；用望遠鏡也不行：光線太微弱，人眼很難分辨顏色，看到的結果並不可靠。而且真的從近處看，這些星會比任何螢幕能顯示的亮得多。這些顏色是依照光的物理特性推算出來的，無法靠今晚抬頭看夜空來驗證。