Naukowcy namierzyli pierwszą w galaktyce zieloną gwiazdę

Barwa większości gwiazd zdradza ich temperaturę. Im chłodniejsza gwiazda, tym bardziej skłania się ku pomarańczy, obiekty o temperaturze zbliżonej do Słońca świecą na biało, a najgorętsze przybierają odcień bladego błękitu - mechanizm ten przypomina rozgrzewane w kuźni żelazo, które najpierw czerwienieje, potem staje się pomarańczowe, by w końcu rozjarzyć się na biało.

Przez długi czas sądzono, że ta sama reguła dotyczy białych karłów, czyli gęstych pozostałości po gwiazdach zbliżonych masą do Słońca, które zakończyły swój żywot. Nazwa tych obiektów wzięła się stąd, że pierwsze odkryte egzemplarze okazały się rozgrzane do ekstremalnych temperatur i jarzyły się bielą lub jasnym błękitem.

Pytanie, czy paleta kolorów gwiazd ogranicza się do pomarańczu, bieli i błękitu, postawili sobie badacze z Uniwersytetu w Warwick - i jak się okazuje, odpowiedź jest przecząca.

Wyniki ich pracy, opublikowane na łamach RAS Techniques and Instruments, dowodzą, że niektóre białe karły, gdyby dało się je obserwować z niewielkiej odległości, ujawniłyby barwy takie jak zieleń, róż, cyjan, żółć czy fiolet.

Tropem koloru w kosmicznym laboratorium

Większość gwiazd, w tym większość białych karłów, zachowuje się jak idealne radiatory, więc ich kolor zależy niemal wyłącznie od temperatury. Nikt jednak nie zbadał, co jeszcze może być możliwe w przypadku białych karłów. Okazuje się, że te niezwykle gęste gwiazdy potrafią wytwarzać kolory, których nikt się nie spodziewał, a niektóre z nich naprawdę mnie zaskoczyły.

dr Mark Hollands, stypendysta Nagrody Warwicka w Grupie Astronomii i Astrofizyki Uniwersytetu Warwick, kierownik badań

Sprawa rozbija się o gęstość materii. Powłoki gazowe najchłodniejszych białych karłów mogą mieć gęstość rzędu 1 grama na centymetr sześcienny - a więc zbliżoną do wody i aż o kilka milionów razy wyższą niż gęstość warstwy świecącej Słońca.

W takim środowisku pierwiastki śladowe obecne w atmosferze, na przykład węgiel, wapń czy sód, wchodzą w interakcję z gęstą plazmą helową i pochłaniają promieniowanie w znacznie szerszym paśmie barw niż dzieje się to przy mniejszej gęstości. W efekcie kolor gwiazdy odstaje od klasycznego schematu pomarańcz-biel-błękit właściwego idealnemu promiennikowi.

Ponieważ żaden biały karzeł nie znajduje się na tyle blisko Ziemi, by jego barwę dało się ocenić gołym okiem, naukowcy wyliczyli ją na podstawie danych zbieranych rutynowo przez astronomów - widm gwiazdowych, czyli swoistego odcisku palca powstającego, gdy światło gwiazdy ulega rozszczepieniu na poszczególne długości fali, podobnie jak pryzmat rozkłada promienie słoneczne w tęczę.

Zespół przepuścił te widma przez model odwzorowujący ludzkie postrzeganie barw, co pozwoliło określić, jak dana gwiazda prezentowałaby się oku obserwatora. Jak podkreślają autorzy badania, pokazuje to, ile informacji kryje się w widmie - nie tylko o temperaturze i składzie chemicznym gwiazdy, lecz także o jej rzeczywistym kolorze.

Zielona gwiazda na niebie

Gdy tę metodę zastosowano do całej populacji znanych białych karłów, okazało się, że ich barwy układają się w wyraźne grupy, z których każda odpowiada innemu składowi atmosfery.

Obiekty bogate w węgiel przybierają z reguły odcień różu lub fioletu, te natomiast, które wchłonęły materię z rozbitych planetoid i komet - pozostałości dawnych układów planetarnych - świecą na żółto. Chłodniejsze białe karły o mieszanej atmosferze wodorowo-helowej często mają barwę cyjanową lub bladoniebieską, co wynika ze zderzeń cząsteczek wodoru z atomami helu w niezwykle gęstym otoczeniu.

Najbardziej wyróżniającym się przypadkiem okazał się obiekt WD J1330+6435 o temperaturze około 4000 stopni Celsjusza, który pochłonął materiał skalny ze swojego układu planetarnego. Wzbogaciło to jego atmosferę w wapń, lit i sód, co w modelach zespołu dało efekt limonkowej zieleni.

Jak zaznaczają badacze, w dotychczasowej wiedzy astronomicznej żadna gwiazda - ani żywa, ani martwa - nie została opisana jako zielona, co stawia ten obiekt w roli pierwszej prawdziwie zielonej gwiazdy w galaktyce.

Ślady sodu w atmosferze tego białego karła pochłaniają pomarańczową część widma, pozostawiając po sobie widmową zieloną poświatę. Wyobraź sobie, że stoisz na planecie i patrzysz w górę na zieloną gwiazdę. To jak coś z science fiction.

Mark Hollands

Badacze namierzyli też przypuszczalnie najbardziej czerwony obiekt, jaki kiedykolwiek zaobserwowano. Chodzi o WD J1011+2845, biały karzeł leżący zaledwie 48 lat świetlnych od Ziemi, w którego wnętrzu głęboka strefa konwekcyjna wyniosła węgiel z jądra na powierzchnię.

Powstałe w ten sposób cząsteczki węgla tak silnie zniekształcają emitowane światło, że niemal całe mieści się w falach dłuższych niż 600 nanometrów - stąd intensywny, łososiowo-różowy blask, jakiego nie obserwuje się u żadnej typowej gwiazdy.

Nie każdy biały karzeł jest niebieski

Badacze przeanalizowali także próbkę 151 białych karłów znajdujących się w promieniu 20 parseków, czyli około 65 lat świetlnych od Ziemi. Pięć z nich wyróżniało się nietypową barwą - dwa świeciły na żółto, a trzy na różowo. Na tej podstawie szacuje się, że mniej więcej co trzydziesty biały karzeł we Wszechświecie ma nietypowy kolor.

Dla pozostałych 146 obiektów zespół wyznaczył temperaturę barwową, parametr porównujący barwę danego ciała z barwą idealnego grzejnika, wykorzystywany powszechnie choćby przy opisie żarówek (ciepła biel to około 3000 K, zimna biel - 6000 K). Mediana wyniosła w tym przypadku około 6800 kelwinów, co ludzkie oko odbiera jako biel.

Wynik ten podważa rozpowszechnione w astronomii przekonanie, że białe karły są z reguły niebieskie. Gorętsze, bardziej błękitne egzemplarze świecą po prostu jaśniej i są widoczne z większych odległości, przez co są nadreprezentowane w przeglądach nieba opartych wyłącznie na jasności obiektów.