ワーウィックの天文学者らは、白色矮星が驚くべき範囲の色で発光できることを示し、その中には人間の目には緑色に見える史上初の星も含まれている。
緑色白色矮星: 上空から濃縮: 冷たい白色矮星 WDJ1330+6435 は、ナトリウムが豊富な岩石物質を惑星系から大気中に降着させています。膨大な大気密度により、ナトリウムが黄色、オレンジ、赤の広範囲の波長にわたる光を吸収し、WDJ1330+6435 に幽霊のような緑色の外観を与えます。クレジット: Mark A. Garlick/ウォリック大学
ほとんどの恒星では、色が温度の目安となります。温度が低い星はオレンジ色に見え、太陽のような星は白く見え、最も熱い光は淡い青に見えます。これは、鍛冶屋の鉄が加熱するにつれて赤く光り、次にオレンジ色になり、次に白熱するのとよく似ています。白色矮星は、太陽に似た星が寿命を終えたときに残される密集した残骸であり、同じ規則に従うと考えられていました。発見された最初の個体が驚くほど熱く、白/淡青色に光っていたため、この名前が付けられました。しかし、夜空の星の色はオレンジ、白、青だけなのでしょうか?
ウォリック大学の新しい研究によると、答えはノーです。雑誌に掲載されました RAS 技術と機器 (RASTI)新しい研究は、もし私たちがそれらを間近で見ることができれば、特定の白色矮星は緑、ピンク、シアン、黄色、紫などの色で輝くことを示しています。
クレジット: ウォリック大学
「ほとんどの白色矮星を含むほとんどの星は『完璧な放射体』のように振る舞うため、その色はほぼ完全に温度によって決まります。しかし、白色矮星に他に何が可能なのかを真剣に検討した人は誰もいませんでした」と、この研究を主導したウォリック大学天文学・天体物理学グループのウォリック賞研究員マーク・ホランド博士は述べた。 「これらの信じられないほど密度の高い星が、誰も予想していなかった色を生み出すことができることがわかり、その中には本当に驚かされたものもありました。」
なぜ白色矮星はルールを破るのか
鍵となるのは密度です。最も冷たい白色矮星の大気は、1立方センチメートルあたり約1グラムに達することがあり、これは水の密度とほぼ同じであり、太陽の光球の数百万倍の密度です。このような条件では、炭素、カルシウム、ナトリウムなどの微量元素が存在すると、周囲の高密度ヘリウムプラズマと相互作用し、低密度の場合よりも幅広い色の光を吸収します。これにより、星の色が、完璧なラジエーターのオレンジ、白、青から遠ざけられます。
白色矮星はその色を直接見ることができるほど近くにないため、研究チームは代わりに、天文学者がすでに定期的に収集しているデータ、つまりプリズムが太陽光を虹に分割するのと同じように、星の光が波長ごとに分割されるときに生成される「指紋」である星のスペクトルから計算しました。これらのスペクトルを人間の色覚モデルに通すと、各星の光が目にどのような色に見えるかが明らかになりました。これは、スペクトルがどれほど多くのことを明らかにできるかを思い出させてくれます。星の温度や化学組成だけでなく、その本当の色も同様です。
好きな色なら何でも
この方法を空の白色矮星に適用したところ、研究チームはそれらの色が異なるグループに分類され、それぞれが星の大気中にあるものと関連していることを発見した。炭素が豊富な白色矮星は通常、ピンクまたは紫色ですが、粉砕された小惑星や彗星の破片、古い惑星系の残骸が豊富な白色矮星は黄色に近づく傾向があります。水素とヘリウムの混合雰囲気を持つ低温の白色矮星は、超高密度大気中で水素分子がヘリウム原子と衝突することにより、シアン色または淡青色の色合いを帯びることがよくあります。
最も顕著な例は WD J1330+6435 で、摂氏約 4,000 度で、惑星系からの岩石物質が降着しています。これにより、大気中にカルシウム、リチウム、ナトリウムが豊富に含まれ、チームのモデルではシャルトルーズグリーンの外観を与えています。研究者らが知る限り、生死を問わず、緑色であると信頼できる形で報告された星は他になく、これが銀河系で初めて知られている真の緑色の星となった。
「この白色矮星の大気中の微量のナトリウムがスペクトルのオレンジ色の部分を吸収し、幽霊のような緑色の輝きを残します。惑星の上に立って緑色の星を見上げているところを想像してみてください。まるでSFの中から出てきたような気分です。」
研究チームはその反対の極端な例として、これまでに記録された中で最も赤い星かもしれないものを特定した。地球からわずか 48 光年離れた近くにある白色矮星 WD J1011+2845 には、炭素を中心から表面まで持ち上げる深い対流帯があります。結果として生じる炭素分子は星の光を非常に大きく歪め、そのほとんどすべてが600ナノメートルを超える波長に押し込まれ、通常の星では見られない深いサーモンピンクの輝きを生み出します。
平均はまだ白です
研究チームはまた、代表的なサンプルである、地球から 20 パーセク (約 65 光年) 以内にある 151 個の白色矮星についても研究しました。 5 つは珍しい色を示し、2 つは黄色、3 つはピンクでした。これは、宇宙のおよそ 30 個に 1 個の白色矮星が異常な色の光で輝くことを示唆しています。
残りの 146 個について、チームは色温度を測定しました。色温度は、物体の色と完全なラジエーターの色を比較し、電球を説明するために一般的に使用されます (3,000K で「温白色」、6,000K で「冷白色」)。サンプルの色温度の中央値は約 6,800 ケルビンであり、私たちはこれを白として認識します。これは、白色矮星は通常青色であるという天文学における一般的な誤解を修正します。つまり、より熱く、より青い白色矮星はより明るく、遠くからでも見えるため、明るさのみに依存する調査では白色矮星が過剰に代表されます。
ウォリック大学物理学科のボリス・ゲンシック教授は次のように述べています。 「30人に1人というと大した割合ではないように聞こえるかもしれませんが、宇宙の白色矮星の集団全体から見ると、それでも奇妙な色の星がたくさん存在します。それでも、代表的な白色矮星の集団の中央値を取ると、平均的な白色矮星は本当に白いことがわかりました。」
論文「好きな色: 白色矮星の多様な色度」は、RAS Techniques and Instruments、DOI: 10.1093/rasti/rzag069 に掲載されています。
出典: ウォリック大学
