Astronomowie po raz pierwszy identyfikują zieloną gwiazdę we Wszechświecie

"Ludzie mają gwiazdy, które nie są takie same. Dla niektórych, którzy podróżują, gwiazdy są przewodnikami. Dla innych nie są one niczym innym jak małymi światłami." Ten cytat z "Malego Księcia" przypomina, że ludzkie oko przypisuje różnorodne znaczenia niebu nocnemu. Jednak astronomia traktuje światło emitowane przez ciało niebieskie zgodnie z dobrze określonymi prawami fizycznymi, w tym prawem Wiena, fundamentalną zasadą łączącą temperaturę gwiazdy z kolorem, jaki prezentuje.

Niedawne odkrycie WD J1330+6435, karła białego znajdującego się w odległości około 280 lat świetlnych od Ziemi, w konstelacji Draka, zaskoczyło środowisko naukowe, prezentując zielony kolor. Jest to pierwszy zarejestrowany w historii wszechświata obiekt o takim kolorze.

Białe karły to gęste jądra pozostałości gwiazd o niskiej i średniej masie, które wyczerpały swój paliwo jądrowe i wyrzuciły zewnętrzne warstwy. Skoncentrowując około połowy masy Słońca w objętości podobnej do Ziemi, te ciała często świecą w typowym, bledo-białym odcieniu. W przypadku WD J1330+6435, jednak, chemiczny skład warstw powierzchniowych zmienił końcowy efekt.

Bankiet planetarny, który zmienił światło.

Zmiana koloru nastąpiła, ponieważ ekstremalna grawitacja białego karła przyciągnęła i zniszczyła skały z dawnych planet krążących wokół niego. Wchłanianie tego materiału wzbogaciło atmosferę gwiazdy o elementy takie jak wapń, lit i, szczególnie, sód.

W normalnych warunkach atomy sodu absorbują bardzo konkretny zakres światła pomarańczowego, który jest tym samym odcieniem widocznym w niektórych lampach oświetleniowych. Jednak środowisko WD J1330+6435 zmieniło to zachowanie.

"W tym konkretnym białym karle gęstość jest tak wysoka, że atomy sodu są stale bombardowane przez atomy helu otaczających, co zmienia poziomy energii atomowej sodu", wyjaśnił astrofizyk Mark Hollands z Uniwersytetu Warwick w Anglii i główny autor publikacji.Badanie opublikowane w czasopiśmie RAS Techniques and Instruments. .

Ponieważ gwiazda koncentruje około 165 tysięcy razy masę Ziemi w zmniejszonej objętości, obecność sodu zaczęła blokować nie tylko światło pomarańczowe, ale także pasma żółte i czerwone.

"Ostateczny efekt to, że atomy sodu nie absorbują już bardzo wąskiego zakresu światła pomarańczowego: absorbują pasma żółte, pomarańczowe i niektóre czerwone. I co pozostaje, to gwiazda, która ma piękne, zielono-żółte światło", podkreślił Hollands.

Astrofizyk Boris Gänsicke, współautor badania, porównuje zjawisko do pracy palety farb: usuwając pewne kolory z pierwotnej mieszanki emitowanej przez gwiazdę, światło, które uda się uciec, przybiera zielony odcień.

Symulowane obrazy z dokładną kolorystyką karłów białych. Obrazy powyżej, po lewej: Sirius B to najbliższa karłowa biały Systemu Słonecznego. Jej ciepła atmosfera wodoru nadaje jej blado-niebieski kolor. Z drugiej strony, WD J1147–7449 jest jedną z najchłodniejszych karłów białych w sąsiedztwie, prezentując bezosobowy spektrum i pomarańczowy wygląd. Obrazy powyżej, po prawej: W warstwach konwekcji tych chłodnych karłów białych, węgiel jest wciągana z jądra do ich gęstych atmosfer zdominowanych przez hel. To tworzy cząsteczki dwuatomowego węgla, co prowadzi do różnych odcieni różu. Obrazy poniżej: Przyciąganie skał z systemów planetarnych wokół karłów białych wzbogaca ich chłodne atmosfery helu o elementy takie jak wapń, magnez i sód. Zmiany w ilości i składzie pochłoniętego materiału, w połączeniu z różnymi temperaturami karłów białych, generują szeroką gamę kolorów, w tym zielony. W rzeczywistości, wszystkie gwiazdy byłyby miliony razy jaśniejsze niż to, co można wyświetlić na ekranie. Źródło: Mark A. Garlick/Uniwersytet Warwick.

Co to jest Prawo Wiena i dlaczego nie tworzy "zielonych gwiazd"?

Rzadkość odkrycia można zrozumieć tylko za pomocą Prawa Wiena, sformułowanego pod koniec XIX wieku przez niemieckiego fizyka Wilhelma Wiena. Prawo to stanowi, że dominujący kolor emitowany przez ciało ogrzane zależy bezpośrednio od jego temperatury:

• Chłodniejsze gwiazdy: emitują głównie światło o niższej energii, prezentując odcienie czerwone lub pomarańczowe;

• Bardzo gorące gwiazdy: emitują światło o wysokiej energii, świecąc w odcieniach niebieskich;

• Gwiazdy o temperaturze pośredniej: takie jak nasze Słońce, mają swój maksymalny punkt emisji dokładnie w zakresie światła zielonego.

Dlaczego Słońce nie wydaje się zielone?

Choć Ustawa Wiena pokazuje, że większość energii emitowanej przez Słońce znajduje się w zakresie zielonym, emituje również duże ilości światła niebieskiego i czerwonego jednocześnie. Kiedy wszystkie te kolory docierają razem do ludzkich oczu, mieszanka stymuluje odbiorniki naszego wzroku w zrównoważony sposób. W rezultacie postrzegamy światło słoneczne jako białe (lub żółte z powodu efektów atmosfery ziemskiej).

Z tego ściśle fizycznego powodu nie istnieją zwykłe zielone gwiazdy na niebie. WD J1330+6435 zdołała zaprezentować ten wyjątkowy odcień tylko dlatego, że nie zależała wyłącznie od swojego naturalnego ciepłowego blasku: jej atmosfera działała jako chemiczny filtr, który wytrącił odcienie niebieskie, czerwone i żółte, pozwalając przejść światłu zielonemu.