Звезды могут иметь не только привычные белые, желтые и голубые оттенки, но и зеленые, розовые и фиолетовые. Астрономы выяснили, что необычные цвета некоторых звездных остатков связаны с химическим составом и высокой плотностью их атмосфер. О том, как ученые обнаружили зеленый белый карлик и почему другой объект выглядит розово-красным, — в материале «Известий».
Как ученые обнаружили звезды необычных цветов
Астрономы обнаружили белого карлика, который при наблюдении с близкого расстояния мог бы выглядеть зеленым, а также объект с необычным насыщенным розово-красным оттенком. Результаты исследования опубликованы в журнале RAS Techniques and Instruments. Работа показывает, что цвет белых карликов определяется не только температурой, но и особенностями их атмосфер.
Справка «Известий»Белые карлики — это плотные остатки звезд, подобных Солнцу, которые исчерпали запасы термоядерного топлива и сбросили внешние слои. Они продолжают излучать свет, постепенно остывая.
Ранее астрономы обычно связывали их цвет с температурой: более горячие объекты выглядят белыми или голубоватыми, а относительно холодные — оранжевыми. Однако новая работа показывает, что химические элементы в атмосфере могут существенно менять этот цвет.
Марк Холландс, астроном Университета Уорика и соавтор исследования
Большая часть звезд, включая большинство белых карликов, ведут себя как «идеальные радиаторы», поэтому их цвет почти полностью определяется температурой. Но никто по-настоящему не изучал, какие еще варианты возможны для белых карликов. Оказывается, эти невероятно плотные звезды могут производить цвета, которых никто не ожидал, и некоторые из них действительно удивили меня.
Ученые не увидели эти цвета непосредственно в телескоп. Белые карлики слишком малы и тусклы, чтобы человеческий глаз мог различить их цвет на таком расстоянии. Исследователи изучили спектры звезд — распределение их излучения по длинам волн — и обработали данные с помощью модели человеческого цветового восприятия. Это позволило рассчитать, как выглядел бы свет каждого объекта для человека, находящегося достаточно близко.
Почему белые карлики могут быть зелеными и розовыми
Цвет большинства звезд связан с температурой их поверхности. Однако атмосферы самых холодных белых карликов отличаются чрезвычайно высокой плотностью: она может приближаться к плотности воды и во много раз превышать плотность внешних слоев атмосферы Солнца. В таких условиях химические элементы взаимодействуют с окружающим гелием иначе, чем в менее плотной среде, и поглощают свет в более широких диапазонах длин волн.
В результате спектр звезды меняется, а вместе с ним и оттенок, который воспринимает человеческий глаз. Существенную роль играют элементы, присутствующие в атмосфере в небольших количествах: например, натрий, кальций и углерод. Их влияние может оказаться настолько сильным, что цвет белого карлика перестает соответствовать тому, который ожидали бы, исходя только из его температуры.
Химический состав атмосферы зависит и от истории звезды. Некоторые белые карлики притягивают обломки астероидов и других каменистых тел из своей бывшей планетной системы. В результате в их атмосфере накапливаются элементы, включая кальций, магний, натрий и литий. У других объектов конвективные потоки поднимают углерод из глубин к поверхности, где он образует молекулы, поглощающие видимый свет.
Поэтому в расчетных моделях белые карлики могут выглядеть желтыми, зелеными, розовыми, фиолетовыми или голубовато-бирюзовыми. Это не означает, что звезды светятся так же, как окрашенные предметы: речь идет о цвете их излучения, который определяется спектром и особенностями человеческого зрения.
Зеленый белый карлик и необычно красная звезда
Один из наиболее необычных объектов — белый карлик WD J1330+6435, расположенный примерно в 284 световых годах от Земли. Его температура составляет около 4 тыс. градусов. Звезда притягивала каменистое вещество из своей планетной системы, поэтому в ее атмосфере присутствуют кальций, литий и натрий.
Особенно важную роль играет натрий: в условиях высокой плотности он поглощает свет в широкой области спектра, включая значительную часть желтых, оранжевых и красных длин волн. Кальций, в свою очередь, поглощает свет в фиолетовой области. В результате максимум излучения смещается к зеленой части видимого спектра, и в расчетной модели WD J1330+6435 приобретает желтовато-зеленый оттенок, который ученые называют шартрезом.
Марк Холландс
Следы натрия в атмосфере этого белого карлика поглощают оранжевую часть спектра, оставляя призрачное зеленое свечение. Представьте, что вы стоите на планете и смотрите на зеленую звезду. Это похоже на что-то из научной фантастики.
Другой необычный объект — белый карлик WD J0902+2010, расположенный примерно в 48 световых годах от Земли. Его глубокая конвективная зона достигает ядра звезды и поднимает углерод из внутренних слоев к поверхности. Там образуются молекулы углерода, которые поглощают свет в широком диапазоне видимого спектра, включая синие, зеленые и желтые длины волн. В результате звезда выглядит розовой с насыщенным лососевым оттенком и может оказаться одной из самых красных среди известных звезд.
Насколько редки необычно окрашенные звезды
Исследователи также проанализировали выборку из 152 белых карликов в пределах примерно 65 световых лет от Солнца. У пяти объектов обнаружились необычные оттенки: два выглядели желтыми, а три — розовыми. Таким образом, заметно отличающаяся от привычной окраска встречалась примерно у одного из 30 изученных объектов. Однако эта оценка относится к конкретной выборке и не означает, что такая же доля характерна для всех белых карликов во Вселенной.
Справка «Известий»У остальных 147 звезд медианная цветовая температура составляла около 6,8 тыс. кельвинов. Эта величина описывает цветовой характер излучения и не обязательно совпадает с реальной температурой поверхности. Полученный результат соответствует преимущественно белому цвету. Это согласуется с привычным представлением о белых карликах, хотя отдельные объекты способны выглядеть совершенно иначе.
Исследователи отмечают, что прежние наблюдения могли создавать искаженное представление о цветах белых карликов. Более горячие и голубоватые звезды обычно ярче и поэтому заметны на больших расстояниях. Из-за этого они могут быть непропорционально широко представлены в выборках, составленных по яркости. Изучение ближайших объектов помогает точнее оценить разнообразие цветов этой группы звезд.
Борис Гансике, астроном Университета Уорика и соавтор исследования
Один из 30 — возможно, не такая уж большая доля, но во всей совокупности белых карликов во Вселенной это всё равно огромное количество звезд с необычной окраской. Однако если мы возьмем медиану по репрезентативной популяции белых карликов, мы обнаружим, что средний объект действительно белый.
Работа показывает, что спектры звезд содержат больше информации об их атмосферах, чем можно предположить по одной лишь температуре. Необычная окраска помогает исследовать химический состав звездных остатков и процессы, происходящие в их внешних слоях. При этом рассчитанные цвета зависят от качества спектральных данных и моделей, поэтому для отдельных объектов возможны уточнения по мере появления новых наблюдений.