Beyaz cücelerin gerçek renkleri: yeşil görünen ilk yıldız, pembe ve mor ölü yıldızlar

Yıldızların rengi çoğunlukla sıcaklıklarını ele verir: Soğuk yıldızlar turuncu, Güneş gibi olanlar beyaz, en sıcakları açık mavi görünür. Warwick Üniversitesi'nden gökbilimcilerin yeni çalışması, bu kuralın beyaz cüceler için her zaman geçerli olmadığını gösteriyor. RAS Techniques and Instruments (RASTI) dergisinde yayımlanan araştırmaya göre bazı beyaz cüceler yakından bakılabilseydi yeşil, pembe, camgöbeği, sarı ve mor renklerde parlardı. Ekibin modellerinde yeşil görünen yıldızlardan biri, araştırmacıların bildiği kadarıyla güvenilir biçimde yeşil olarak tanımlanan ilk yıldız.

Beyaz cüceler, Güneş benzeri yıldızların ömürlerinin sonunda geride bıraktığı yoğun kalıntılar. Adlarını, keşfedilen ilk örneklerin şaşırtıcı derecede sıcak olup beyaz ya da açık mavi parlamasından alıyorlar. Uzun süre bu yıldızların da renginin yalnızca sıcaklıkla belirlendiği düşünüldü.

Rengi değiştiren yoğunluk

Yıldızların çoğu fizikçilerin "kusursuz ışınım yapıcı" (kara cisim) dediği davranışa yakın ışır; böyle bir cismin rengini neredeyse tümüyle sıcaklığı belirler. Çalışmayı yöneten Warwick Ödül Araştırmacısı Dr. Mark Hollands, beyaz cücelerde başka nelerin mümkün olduğuna şimdiye kadar kimsenin ciddi olarak bakmadığını söylüyor: "Bu inanılmaz yoğun yıldızların kimsenin beklemediği renkler üretebildiği ortaya çıktı; bazıları beni gerçekten şaşırttı."

Anahtar, yoğunluk. En soğuk beyaz cücelerin atmosferi santimetreküp başına yaklaşık 1 grama, kabaca suyun yoğunluğuna ulaşabiliyor. Bu, Güneş'in görünen yüzeyinin milyonlarca katı. Böyle bir ortamda karbon, kalsiyum ve sodyum gibi eser elementler çevrelerindeki yoğun helyum plazmasıyla etkileşiyor ve ışığı, düşük yoğunlukta olacağından çok daha geniş bir renk aralığında soğuruyor. Sonuçta yıldızın rengi kara cismin turuncu-beyaz-mavi çizgisinden sapıyor.

Renk gözle değil, tayftan

Hiçbir beyaz cüce rengini doğrudan görebileceğimiz kadar yakın değil. Ekip bu yüzden rengi, gökbilimcilerin zaten düzenli olarak topladığı veriden hesapladı: yıldız ışığının dalga boylarına ayrılmasıyla elde edilen tayftan. Tayflar insan renk görmesini taklit eden bir modelden geçirildi ve her yıldızın ışığının göze hangi renkte görüneceği bulundu. Yani buradaki renkler fotoğraf değil, ölçülmüş tayflara dayanan hesaplar.

Bulunan renkler, atmosferdeki malzemeye göre belirgin gruplara ayrılıyor:

• Pembe ve mor: Atmosferi karbonca zengin beyaz cüceler.
• Sarı: Parçalanmış asteroit ve kuyrukluyıldızların, yani eski gezegen sistemlerinin kalıntılarıyla zenginleşmiş olanlar.
• Camgöbeği ya da açık mavi: Hidrojen ve helyumun karıştığı atmosfere sahip daha soğuk beyaz cüceler. Bu tonu, aşırı yoğun atmosferde hidrojen moleküllerinin helyum atomlarıyla çarpışması yaratıyor.

Yeşil bir yıldız: WD J1330+6435

En çarpıcı örnek WD J1330+6435. Yaklaşık 4.000 santigrat derece sıcaklıktaki bu beyaz cüce, kendi gezegen sisteminden kayalık malzeme yutmuş; bu da atmosferini kalsiyum, lityum ve sodyumla zenginleştirmiş. Ekibin modellerinde yıldız sarımsı bir yeşil görünüyor. Araştırmacıların bildiği kadarıyla, canlı ya da ölü, yeşil olduğu güvenilir biçimde bildirilmiş başka bir yıldız yok.

Hollands nedenini şöyle açıklıyor: "Bu beyaz cücenin atmosferindeki sodyum izleri tayfın turuncu kısmını soğuruyor ve geriye hayaletimsi bir yeşil ışıltı kalıyor. Bir gezegende durup yeşil bir yıldıza baktığınızı düşünün. Bilimkurgudan çıkmış gibi."

Beyaz cücelerin yuttuğu gezegen enkazı, son dönemde bu yıldızları gezegen sistemlerinin kaderini incelemek için bir laboratuvara dönüştürdü; niyobyum izi taşıyan bir beyaz cüce de bunun örneklerinden biri.

Öbür uç: belki de kaydedilmiş en kırmızı yıldız

Ekip karşı uçta da dikkat çekici bir aday buldu. Dünya'dan yalnızca 48 ışık yılı uzaklıktaki WD J1011+2845'te derin bir konveksiyon (ısı taşınımı) bölgesi, yıldızın çekirdeğindeki karbonu yüzeye taşımış. Oluşan karbon molekülleri ışığı öyle güçlü biçimde bozuyor ki ışığın neredeyse tamamı 600 nanometreden uzun dalga boylarına sıkışıyor. Sonuç, sıradan bir yıldızda görülmeyen koyu, somon pembesi bir ışıltı. Araştırmacılar bunun kaydedilmiş en kırmızı yıldız olabileceğini söylüyor.

Ortalama beyaz cüce gerçekten beyaz

Ekip, Dünya'ya 20 parsek (yaklaşık 65 ışık yılı) içindeki 151 beyaz cüceden oluşan temsilî bir örneği de inceledi. Bunlardan beşi sıra dışı renkteydi: ikisi sarı, üçü pembe. Bu oran, evrendeki beyaz cücelerin kabaca otuzda birinin alışılmadık renkte parladığını düşündürüyor.

Kalan 146 yıldız için renk sıcaklığı ölçüldü. Ampullerde de kullanılan bu ölçü ("sıcak beyaz" 3.000 K, "soğuk beyaz" 6.000 K), bir cismin rengini kusursuz ışınım yapıcınınkiyle karşılaştırıyor. Örneklemin ortanca renk sıcaklığı yaklaşık 6.800 Kelvin çıktı; bu da gözün beyaz olarak algıladığı bir değer.

Bu sonuç astronomide yaygın bir yanılgıyı da düzeltiyor: Beyaz cücelerin tipik olarak mavi olduğu düşüncesini. Daha sıcak ve daha mavi beyaz cüceler daha parlak olduğu için daha uzaktan görülebiliyor; yalnızca parlaklığa dayanan taramalarda bu yüzden gereğinden fazla temsil ediliyorlar.

Warwick Fizik Bölümü'nden Prof. Boris Gänsicke, "Otuzda bir büyük bir oran gibi görünmeyebilir, ama evrendeki tüm beyaz cüce nüfusu düşünüldüğünde bu, hâlâ çok sayıda tuhaf renkli yıldız demek. Yine de temsilî bir beyaz cüce nüfusunun ortancasını aldığımızda, ortalama beyaz cücenin gerçekten beyaz olduğunu bulduk" diyor.

Sınırlar

Renkler doğrudan gözlem değil, tayfların insan görme modeline uygulanmasıyla elde edildi; yıldızların gerçek parlaklığı da ekranlarda gösterilebilecek düzeyin milyonlarca katı. "Yeşil yıldız" nitelemesi de araştırmacıların bildiği kadarıyla geçerli. Yöntem tayfı ölçülmüş her beyaz cüceye uygulanabildiği için, bu renk kataloğu yeni tayflarla genişlemeye açık.