北京
天文学家发现了第一颗肉眼看起来呈绿色的恒星。他们指出，由于白矮星稠密的大气中发生了不寻常的化学作用，所以会呈现出绿色、粉色、紫色、黄色和青色等令人惊讶的颜色。相关研究10月15日发表于《皇家天文学会-技术与仪器》。
白矮星WDJ1330+6435大气层从行星系统中吸积了富含钠的岩石物质，从而呈现出绿色。图片来源：Mark A Garlick
大多数恒星的颜色与温度密切相关。通常较冷的恒星呈橙色，像太阳这样的恒星呈白色，而最热的恒星则是淡蓝色的。这类似于加热一块铁，随着温度升高，铁的颜色会从红色变为橙色，最终变为白色。而白矮星是一类低光度、高密度、高温度的致密恒星，是类似太阳这样的恒星的残骸。因此，人们长期以来认为它们也遵循同样的变化规律。
最早发现的白矮星异常炽热，呈白色或淡蓝色，并因此而得名。然而，科学家现在发现，这类恒星残骸比以前认为的更加多彩。
“大多数恒星，包括大多数白矮星，都像完美辐射体一样，其颜色几乎完全由温度决定。但此前没有人真正研究过白矮星都会呈现什么颜色。”该研究负责人、英国华威大学的Mark Hollands说，“事实证明，这些极其致密的恒星可以产生人们意想不到的颜色，其中一些让我感到惊讶。”
白矮星之所以会发出意想不到的颜色，原因在于大气层的极高密度。在最冷的白矮星中，其大气物质的密度可达1克/立方厘米，与水的密度相当，比太阳光球层的密度高百万倍。在这种极端条件下，少量碳、钙和钠等元素会与周围的氦等离子体发生相互作用，从而使这些元素能够吸收更广范围的光波长。这就导致从白矮星逸出的光会呈现出仅根据温度无法预测的颜色。
由于白矮星距离地球都很遥远，天文学家无法用肉眼直接分辨其颜色，于是研究团队便通过对星光的测量确定了每颗恒星的外观。他们分析了恒星光谱，就像棱镜将阳光分解成彩虹的颜色一样。而每种光谱都像独特的指纹，可以揭示恒星的温度和化学成分。研究团队利用人类色觉模型处理了这些测量数据，从而计算出肉眼能够感知到的颜色。
研究人员发现，根据大气化学成分，白矮星的颜色可以分为几组。含有大量碳的白矮星通常呈粉红色或紫色；从被摧毁的小行星和彗星中积聚物质的白矮星往往看起来是黄色的；大气中同时含有氢和氦的白矮星会呈现青色或淡蓝色。
其中最引人注目的发现是一颗呈黄绿色的白矮星——WD J1330+6435。随着时间推移，这颗温度约为4000摄氏度的天体从它以前的行星系统中吸收了岩石碎片，将钙、锂和钠引入大气中，从而呈现出独特的黄绿色外观。据研究团队所知，此前没有一颗恒星被确定为绿色。这使得WD J1330+6435成为银河系中已知的第一颗绿色恒星。
“这颗白矮星大气中的钠元素吸收了光谱中的橙色部分，留下了幽灵般的绿光。”Hollands说，“当你仰望一颗绿色的星星时，这感觉像科幻小说里的情节。”
此外，天文学家还发现了一颗距离地球仅48光年的白矮星——WD J1011+2845，它可能是迄今发现的最红的恒星。它有一个很深的对流区，将碳从内部输送到表面，从而极大改变了从恒星逸出的光的波长，使其呈现出异常深邃的鲑鱼粉色。
为了确定这些引人注目的颜色是否为罕见的例外，研究人员检查了距离地球约65光年范围内的151颗白矮星。在这些恒星中，有5颗具有不寻常的颜色——两颗为黄色、3颗呈粉色。
基于这一结果，研究人员估计，宇宙中大约每30颗白矮星中就有一颗会呈现出意想不到的颜色，表明宇宙中存在着大量颜色奇特的恒星遗骸。
研究人员还测量了剩余146颗白矮星的色温。色温用开尔文度量，是描述光源颜色的一个标准。他们发现，这些白矮星的中位色温约为6800开尔文，与肉眼看到的白色光相对应。这一发现挑战了白矮星通常呈蓝色的普遍印象。
更热、更蓝的白矮星会发出更多的光，在更远的距离上依然可见，这导致它们在基于亮度观测恒星的天文调查中格外常见。“如果选取一个具有代表性的白矮星群体的中位数，我们会发现，平均而言，白矮星确实是白色的。”华威大学教授Boris Gansicke说。
相关论文信息：https://doi.org/10.1093/rasti/rzag069
（原标题为《科学家发现第一颗绿色恒星》）
来源：徐锐/中国科学报
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