Зеленые, розовые, фиолетовые: какие цвета на самом деле скрывают белые карлики?

Астрономы Уорикского университета выяснили, что белые карлики могут светиться зеленым, розовым, фиолетовым и другими необычными цветами, а одна звезда впервые в истории наблюдений оказалась по-настоящему зеленой. Исследование опубликовано в журнале RAS Techniques and Instruments.

Звездное небо кажется нам предсказуемым: холодные звезды выглядят оранжевыми, горячие — голубоватыми, а что-то среднее, вроде нашего Солнца, воспринимается белым. Этот порядок настолько привычен, что мы редко задумываемся, может ли звезда быть, скажем, салатовой или розовой. Оказывается, может. Просто для этого нужны условия, которые в обычной звездной жизни почти не встречаются, зато в избытке присутствуют у белых карликов — плотных звездных остатков, переживших смерть своих родительских тел. Новое исследование показывает, что именно там, в сверхплотных атмосферах, рождаются цвета, которые мы привыкли видеть разве что в фантастических фильмах.

Ключ к необычной палитре это плотность. У самых холодных белых карликов атмосфера может сжиматься до грамма на кубический сантиметр, что сопоставимо с плотностью воды и в миллионы раз плотнее солнечной фотосферы. В таких условиях даже небольшие примеси углерода, кальция или натрия начинают вести себя иначе: они поглощают свет не в узких линиях, а в широких диапазонах, сильно искажая итоговый спектр. В результате звезда перестает быть похожей на идеальный излучатель, и ее цвет может уйти далеко от привычной шкалы «оранжевый — белый — голубой».

Чтобы понять, как это выглядит для человеческого глаза, Марк Холландс и его коллеги из Уорикского университета взяли спектры белых карликов, своего рода «отпечатки пальцев», которые астрономы получают, разлагая свет звезды по длинам волн. Затем эти данные пропустили через модель человеческого зрения. Так удалось определить, каким был бы цвет каждой звезды, если бы мы могли рассмотреть ее диск вблизи. Ни один белый карлик, конечно, не находится достаточно близко для прямого наблюдения цвета, но расчеты позволяют обойти это ограничение.

Результаты оказались неожиданно разнообразными. Белые карлики, чьи атмосферы богаты углеродом, чаще всего выглядят розовыми или фиолетовыми. Те, что загрязнены обломками разрушенных астероидов и комет, то есть остатками старых планетных систем, обычно отдают желтизной. А более холодные карлики со смешанной водородно-гелиевой атмосферой приобретают голубой или бледно-голубой оттенок из-за столкновений молекул водорода с атомами гелия.

Самым ярким примером стала звезда WD J1330+6435 с температурой около 4000 градусов Цельсия. Она втянула в свою атмосферу каменистый материал из собственной планетной системы, обогатившись кальцием, литием и натрием. В моделях команды это придало ей салатово-зеленый цвет. Похоже, это первая звезда — живая или мертвая, которую можно достоверно назвать зеленой. Следы натрия поглощают оранжевую часть спектра, оставляя после себя призрачное зеленое свечение. Как выразился Марк Холландс, это похоже на что-то из научной фантастики.

На противоположном конце палитры оказалась звезда WD J1011+2845, расположенная всего в 48 световых годах от Земли. У нее глубокая конвективная зона, которая вынесла углерод из ядра на поверхность. Образующиеся молекулы углерода настолько сильно искажают свет, что почти весь он смещается в длины волн свыше 600 нанометров, создавая глубокое красно-розовое свечение. Возможно, это самая красная звезда из когда-либо зарегистрированных.

Но насколько типичны такие случаи? Команда изучила 151 белый карлик в пределах 20 парсеков от Земли — примерно 65 световых лет. Пять из них показали необычную окраску: два желтых и три розовых. Получается, примерно один из тридцати белых карликов во Вселенной может светиться необычным цветом. Для остальных 146 образцов измерили цветовую температуру, величину, которая сравнивает цвет объекта с цветом идеального излучателя. Медиана составила около 6800 кельвинов, что мы воспринимаем как белый цвет.

Это уточняет распространенное в астрономии представление о том, что белые карлики обычно светло-голубые. На самом деле более горячие и голубые карлики просто ярче, поэтому они чаще попадают в обзоры, ориентированные на яркость. Если же взять репрезентативную выборку, средний белый карлик действительно оказывается белым. Как отметил профессор Борис Гансике, один из тридцати — доля небольшая, но среди всей популяции белых карликов во Вселенной это все равно огромное количество звезд необычного цвета. Однако если смотреть на медиану, то привычное название этих объектов полностью оправдывается.