恒星的颜色由温度决定,温度越低越偏红,越高越偏蓝,像太阳这样不冷不热的(温度5800K),就是暖白色。

这条规律对于正值壮年的主序星基本成立,但当恒星走到生命尽头,坍缩成白矮星之后,事情就没这么简单了。

打开网易新闻 查看更多图片

最近英国华威大学的天文团队,他们系统的研究了各类白矮星在人眼中的真实颜色,最终发现,尽管平均来看白矮星确实配得上“白”这个名字,但其中相当一部分成员,会呈现出黄、绿、粉、青、紫等完全超乎意料的色彩。

相关研究于26年10月15日发表在《 RAS 技术与仪器》上。

打开网易新闻 查看更多图片

白矮星是中小质量恒星的最终归宿。

像太阳这样的恒星,晚年抛掉外层大气后,核心会在引力作用下收缩成一颗地球大小、质量却和太阳相当的致密天体,这个天体就是白矮星。

极端的压缩带来了极强的表面重力,也让它的大气密度远超普通恒星,已知最冷的白矮星,大气密度能达到每立方厘米1克,这和水的密度差不多了。

普通恒星的大气稀薄,元素的吸收线很窄,整体光谱和理想黑体差别很小,所以颜色基本只由温度决定。

但在白矮星超高密度的大气里,只要混入一点点碳、钠、钙这类元素,它们就会吸收特定颜色的光,这会让整个光谱偏离黑体轨迹。

那么最终呈现什么颜色,就不只是温度决定了,大气里的微量元素才是真正的调色师。

成分最简单的白矮星,大气几乎全是氢或者氦。

这类白矮星的颜色还基本遵循温度规律:温度低的偏橙黄,中等的呈白色,高温的发淡蓝,这和普通主序星没太大区别,也是白矮星里最常见的类型。

可一旦大气里混入了其他元素,画风就立刻变了。

一类富含碳的白矮星,核心的碳元素会随着大气对流被翻到表层,形成碳分子。

这些分子会成块地吸收特定波段的可见光,最终让恒星呈现出淡粉、玫红甚至深鲑鱼粉色。

打开网易新闻 查看更多图片

其中最极端的一颗编号WD J1011+2845,绝大多数可见光都集中在红光波段,是目前已知视觉上最偏红的恒星之一。

打开网易新闻 查看更多图片

另一类冷白矮星,表面沾了不少来自小行星、彗星的岩石尘埃,因此大气里富含钠、钙、镁等金属元素。

这些元素的宽吸收带对颜色的改造能力更强:最具代表性的WD J1330+6435,大气里的钠强烈吸收了橙、黄色光,剩下的光线混合之后,居然呈现出了淡黄绿色,这是目前已知唯一一颗在肉眼看来会显绿色的恒星。

打开网易新闻 查看更多图片
打开网易新闻 查看更多图片

还有更极端的例子,钠的吸收强到可以吸收可见光中段,这会让蓝紫光占主导,因此明明只有4000K的低温,看起来却比几万度的高温星还蓝。

还有一类氢氦混合的冷白矮星,粒子碰撞会引发额外的光吸收,把红外波段的光大量吸收,让整体光谱往蓝色端偏移,最终呈现出清爽的青色调。

打开网易新闻 查看更多图片

为了搞清楚白矮星的平均颜色,研究团队统计了距离太阳20秒差距(约65光年)范围内的全部152颗白矮星,这是一个完全按距离筛选的无偏样本,不会因为恒星亮暗产生统计偏差。

计算结果显示,这批白矮星的中位数相关色温约为6800K,和日常电子屏幕的标准白色非常接近。

也就是说,平均来看,白矮星确实是白色的,这个名字没起错。

那为什么很多人印象里白矮星都是蓝色的?

这其实是观测偏差造成的:高温白矮星更亮,更容易被望远镜发现,所以在靠亮度筛选的观测样本里,高温蓝色星占比很高,慢慢就成了大众印象里的标准形象。

但真实的宇宙里,更多的是温度不高、发着柔和白光的白矮星。

研究团队估算,真正颜色明显偏离黑体规律的奇特白矮星,大概只占总数的3.4%,属于比较稀有的天体。

更有意思的是,团队还根据大气模型,生成了肉眼看白矮星的真实图像。

他们考虑了临边昏暗效应:恒星边缘的光线要斜着穿过更厚的大气,不仅会变暗,颜色也会发生变化。

比如粉色的碳白矮星,越往边缘颜色越淡、饱和度越低;绿色的金属白矮星,最边缘反而会透出一点橙红色。

这些图像是目前最接近肉眼的视觉效果。

打开网易新闻 查看更多图片

过去我们总觉得恒星的颜色就那几种,红橙白蓝单调排列。

但白矮星告诉我们,当恒星燃尽核燃料,走入生命的终章,反而会在致密的大气里,用微量的元素调出更丰富的色彩。

我们没法亲身飞到这些恒星跟前,但这些计算与图像,就像一扇小窗,让我们得以窥见宇宙里这些低调又绚烂的恒星残骸。

打开网易新闻 查看更多图片