Зазвичай зорі не бувають фіолетовими, зеленими та рожевими. Проте нещодавнє дослідження спектрів білих карликів показало, що зблизька ці компактні зорі могли б здаватися саме такими. Чому вони набувають незвичних відтінків?
Погляд на білі карлики зблизька
Астрономи Університету Ворика показали, що білі карликові зорі можуть світитися в різних кольорах, включно з першою знайденою зорею, яка здаватиметься зеленою для людського ока. Про це розповідає сайт phys.org.
Для більшості світил колір є показником температури. Холодніші світила здаються помаранчевими, ті, що схожі на наше Сонце — білими, а найгарячіші — блідо-блакитними, майже як залізо коваля, що світиться червоним, потім помаранчевим, а потім білосніжним, коли нагрівається.
Вважалося, що білі карлики, щільні залишки, що утворюються, коли зорі на кшталт Сонця досягають кінця свого життя, підпорядковуються тому ж правилу. Вони отримали свою назву, бо перші виявлені екземпляри були дивовижно гарячими й світилися білим або блідо-блакитним. Але чи є помаранчевий, білий і синій єдиними кольорами, якими може сяяти зоря на нічному небі?
Відповідь, згідно з новим дослідженням Університету Ворика, — «ні». Нове дослідження, опубліковане в журналі RAS Techniques and Instruments, показує, що якби ми могли побачити їх зблизька, деякі білі карликові зорі світилися б кольорами на кшталт зеленого, рожевого, бірюзового, жовтого та фіолетового.
«Більшість світил, включаючи білі карлики, поводяться як “ідеальні випромінювачі”, тож їхній колір майже повністю визначається температурою. Але ніхто насправді не досліджував, що ще може бути можливим для білих карликів», — сказав доктор Марк Голландс, астроном Університету Ворика, який очолював роботу.
Чому колір білих карликів зміщується?
Річ у щільності. Атмосфери найхолодніших білих карликів можуть досягати приблизно 1 г/см³, що приблизно відповідає щільності води й у мільйони разів перевищує щільність фотосфери Сонця.
У таких умовах будь-які присутні сліди елементів, таких як вуглець, кальцій і натрій, взаємодіють із навколишньою щільною плазмою гелію та поглинають світло в ширшому діапазоні кольорів, ніж це було б за нижчої щільності. Унаслідок цього колір зорі відрізняється від того, який мав би ідеальний випромінювач за тієї самої температури.
Жодна біла карликова зоря не розташована настільки близько, щоб її колір можна було побачити безпосередньо, тож команда розрахувала його з даних, які астрономи вже регулярно збирають: спектр зорі, «відбиток пальця», що утворюється, коли світло зорі розкладається за довжиною хвилі, подібно до того, як призма розкладає сонячне світло на веселку.
Проганяючи ці спектри через модель людського кольорового зору, науковці дізналися, яким кольором здавалося б світло кожної зорі для ока. Це нагадує про те, скільки всього може розповісти спектр: не лише про температуру світила чи хімічний склад, а й про його справжній колір.
Хімія зорі визначає відтінок її кольору
Застосувавши цей метод до білих карликів по всьому небу, команда виявила, що їхні кольори діляться на різні групи, кожна з яких пов’язана з тим, що міститься в атмосфері зорі.
Білі карлики, багаті на вуглець, зазвичай рожеві або фіолетові, тоді як ті, що збагачені уламками розбитих астероїдів і комет, залишками старих планетарних систем, схиляються до жовтого. Холодніші білі карлики з сумішшю водню та гелію в атмосфері часто набувають бірюзового або блідо-синього відтінку, викликаного зіткненням молекул водню з атомами гелію в їхніх ультрагустих атмосферах.
Найяскравішим прикладом є WD J1330+6435, температура якої становить приблизно 4000 °C (7232 градуси за Фаренгейтом), і яка акумулювала кам’яний матеріал зі своєї планетної системи. Це збагатило її атмосферу кальцієм, літієм та натрієм, надаючи їй жовто-зеленого забарвлення у моделях. Як відомо дослідникам, жодна інша зоря, жива чи мертва, ніколи не була достовірно описана як зелена, що робить її першою відомою справді зеленою зорею в Галактиці.
На протилежному кінці спектра команда виявила, можливо, найчервонішу зорю з тих, що коли-небудь були зареєстровані. WD J1011+2845, сусідній білий карлик лише за 48 світлових років від Землі, має глибоку конвекційну зону, яка підняла вуглець з його ядра на поверхню.
Утворені вуглецеві молекули настільки сильно спотворюють світло зорі, що майже все воно зосереджується на довжинах хвиль понад 600 нанометрів, утворюючи глибоке рожево-салмонове сяйво, якого не побачиш у звичайної зорі.
Середньостатистичний білий карлик справді білий
Команда також досліджувала репрезентативну вибірку: 151 білого карлика в межах 20 парсеків (приблизно 65 світлових років) від Землі. П’ять показали незвичайне забарвлення: два були жовті й три — рожеві. Це свідчить про те, що приблизно один із 30 білих карликів у Всесвіті світитиме незвичним кольоровим світлом.
Для решти 146 команда вимірювала колірну температуру, яка порівнює колір об’єкта з кольором ідеального випромінювача і зазвичай використовується для опису лампочок («теплий білий» за 3000 К, «холодний білий» за 6000 К). Медіанна колірна температура вибірки становила приблизно 6800 К, що ми сприймаємо як білий колір.
Це виправляє поширене непорозуміння в астрономії, що білі карлики зазвичай сині. Гарячіші й блакитніші білі карлики яскравіші, тому їх можна побачити з більшої відстані. Через це вони переважають в оглядах неба, орієнтованих лише на яскравість об’єктів.
Професор Борис Гансікке з кафедри фізики університету Ворика сказав: «Один білий карлик із 30 — начебто небагато, але в масштабах усієї популяції цих зір у Всесвіті це все одно чимало незвично забарвлених об’єктів. Проте якщо взяти медіану для репрезентативної популяції цих зір, ми виявили, що типовий середній білий карлик справді білий».
