У космосі зорі сяють не лише білим: ми бачимо червоні, жовті, сині та помаранчеві світила. Водночас у природному зоряному «наборі» майже немає зелених зір. Тепер астрономи описали рідкісний виняток – білий карлик WD J1330+6435, який, за розрахунками, зблизька світився б моторошним відтінком салатово-зеленого.
Про це йдеться в роботі команди астрофізика Марка Голландса (Mark Hollands) з Університету Ворика, на яку звертає увагу видання ScienceAlert.
Чому зорі зазвичай не бувають зеленими
Світло зір не обмежується вузькою смугою довжин хвиль. Вони випромінюють по всьому електромагнітному спектру, а видимий колір визначається балансом різних відтінків у цьому випромінюванні.
Головний чинник – температура. Гарячіші об’єкти відносно сильніше випромінюють на коротких, синіших хвилях, холодніші – на довших, червоніших. Тому навіть якщо максимум випромінювання зорі припадає на зелену ділянку спектра, суміш усіх кольорів зазвичай робить її білуватою або жовтуватою, а не чисто зеленою.
Більшість зір, включно з типовими білими карликами, поводяться як «майже ідеальні випромінювачі», тож їхній колір майже повністю задається температурою. Але надщільні атмосфери деяких білих карликів виявилися здатними ламати це правило.
Надщільний «мертвий» об’єкт
Білі карлики – це оголені ядра зір, які вичерпали паливо для термоядерного синтезу й скинули зовнішні оболонки. Вони більше не підтримуються синтезом, а просто повільно остигають, випромінюючи залишкове тепло.
За маси до 1,4 маси Сонця білий карлик має розмір приблизно як Земля. Гравітація на його поверхні настільки сильна, що атмосфера найхолодніших об’єктів цього типу може досягати густини, порівнянної з рідкою водою – у мільйони разів щільнішої за сонячну атмосферу.
У таких умовах атоми тісно притиснуті один до одного й взаємодіють так, що їхні властивості поглинання світла сильно змінюються. Голландс і його колеги вирішили з’ясувати, як це впливає на видимий колір подібних «зоряних трупів».
Спектри, моделі та несподівані барви
Команда відібрала кілька десятків білих карликів, які вже вважалися спектрально «дивними», і детально проаналізувала їхнє випромінювання. Вимірявши розподіл інтенсивності по довжинах хвиль, дослідники змоделювали, як саме людське око сприйняло б ці зорі зблизька.
Результати виявилися строкатими: деякі білі карлики мали б вигляд рожевих або фіолетових, інші – яскраво-синіх чи бірюзових. Частина відтінків узагалі недосяжна для звичайних зір, колір яких визначається майже лише температурою.
Найдивнішим виявився WD J1330+6435. За оцінками, за поверхневої температури близько 4240 кельвінів він виглядав би насичено салатово-зеленим – «найбільш несподіваним кольором», як зазначають автори.
Як натрій і кальцій «звільнили» зелений
Ключ до незвичного відтінку – в екстремально щільній атмосфері білого карлика. У звичайних зорях елементи на кшталт натрію та кальцію поглинають світло в доволі вузьких діапазонах довжин хвиль. Але в атмосфері білого карлика, де атоми буквально притиснуті один до одного, ці смуги поглинання сильно розширюються.
У WD J1330+6435 натрій «вирізає» широку смугу помаранчево-жовтого світла, а кальцій додатково пригнічує фіолетову частину спектра. У результаті саме зелена ділянка спектра залишається відносно найменш пригніченою і виходить на перший план, створюючи враження яскраво-зеленої зорі.
За словами Голландса, сліди натрію в атмосфері цього білого карлика поглинають помаранчеву частину спектра, залишаючи «примарне зелене сяйво». Уявна картина планети, з якої на небі видно зелену зорю, звучить як сюжет наукової фантастики, але тут це наслідок цілком реальної фізики.
Сліди зруйнованих планет і некропланетологія
Історія WD J1330+6435 має ще один похмурий аспект. Елементи, що надають зорі її моторошного кольору, можуть бути рештками власної планетної системи, знищеної вже після «смерті» зорі.
Окрім натрію та кальцію, астрономи виявили в атмосфері цього білого карлика також літій. Усі ці елементи характерні для кам’янистої речовини, тож їхня присутність узгоджується з картиною, де білий карлик «поїдає» уламки колишніх планет і астероїдів. У цьому сенсі його можна порівняти з космічним «зомбі», на обличчі якого залишилися сліди власних «злочинів».
Для астрономів це радше добра новина. Дослідження таких об’єктів належить до галузі, яку вже встигли охрестити некропланетологією – вивченням залишків мертвих планетних систем. Колір подібних білих карликів може стати додатковою підказкою про хімічні процеси в їхніх атмосферах і про те, як саме вони поглинають навколишню речовину.
Більшість білих карликів, як і підказує їхня назва, залишаються білими. У вибірці з 152 найближчих об’єктів дослідники знайшли лише п’ять, чий колір суттєво відрізнявся від очікуваного за температурою – приблизно один із тридцяти. Хоча не кожен дивний відтінок означає «канібалізм» планет, нова робота показує, що колір цих зоряних решток може розповісти набагато більше, ніж здавалося раніше.
Дослідження опубліковано в журналі RAS Techniques and Instruments.