抬头看夜空,天上的恒星有红的、橙的、黄的,也有蓝的,唯独没有绿色的。
按照物理学常识,恒星发光就像铁匠打铁,温度低一点呈暗红色,烧热后变黄,再热变白,极热时则泛出浅蓝。即便一颗恒星发出的光线峰值落在绿光波段,因为红光与蓝光同样强烈地混杂在一起,在人类视觉神经里,也只会融合成一片白色。在很长一段时间里,宇宙中似乎容不下一颗肉眼可见的绿色星星。
这项常识如今被改写了。
英国华威大学(University of Warwick)物理系天文学与天体物理学组的霍兰兹(Mark Hollands)带领团队,在分析恒星光谱时找到了首颗在人类肉眼看来真正泛着绿光的恒星。相关成果发表在学术期刊《英国皇家天文学会技术与仪器》(RAS Techniques and Instruments)上。除了绿色,研究还发现有些恒星其实散发着粉红、青色、深紫和黄色的光。
这些打破常识的星星,全都是白矮星。
白矮星是类太阳恒星耗尽核燃料后留下的致密核心。因为最早发现的几颗白矮星温度极高、表面泛着白光或浅蓝,它们才得到了这个名字。过去天文学界一直默认,白矮星的颜色同样严格遵循温度决定颜色的物理定律。
让这些恒星遗骸改换颜色的关键,是密度。
白矮星把接近太阳的质量压缩进了地球大小的体积里。随着时间流逝,白矮星逐渐冷却,最冷的一批表面大气密度能达到每立方厘米1克左右。这种密度已经与液态水相当,比太阳表面光球层的气体密度高出几百万倍。
在普通恒星稀薄的大气中,微量元素只会吸收极窄的特定波长,动摇不了整颗恒星的光谱底色。但在白矮星极端致密的等离子体环境里,原子挤压碰撞,微量元素吸收光线的波长范围被大幅拓宽,如同在原本均匀的光谱上抹掉了一大片颜色。
首颗被确认泛着绿光的白矮星编号为 WD J1330+6435,表面温度大约4000摄氏度。它的变色来自从天而降的碎屑。
在漫长岁月中,这颗白矮星把周围残留行星系统里的岩石小天体撕碎,吸积进了自身的大气层。这些被粉碎的富钠岩石为白矮星大气注入了钠元素。在极高大气密度的压迫下,微量钠元素大幅吸收了黄光、橙光与红光波段,抹去了原本占主导的暖色。
霍兰兹说:“这颗白矮星大气中的微量钠吸收了光谱里的橙色部分,留下了一层幽灵般的绿色辉光。”
这是银河系里已知第一颗在肉眼下呈现绿色的恒星。
另一批白矮星则把自己染成了粉红色,它们的变色来自星体内部深处的翻涌。
比如距离地球48光年的白矮星 WD J1011+2845,被研究团队记录为目前已知最红的恒星之一。随着表面冷却,白矮星富含氦气的外层形成了极深的对流区,对流直接扎进了星体核心,把底层的碳元素卷到了表面,形成双原子碳分子。
这些碳分子在可见光范围内的蓝光、绿光与黄光波段疯狂吞噬光线。最终,逃出大气的星光几乎全被挤压到600纳米以上的长波长波段,在人眼看来,便显现出一种罕见的三文鱼粉色。另一颗编号为 WD J0902+2010 的白矮星也是同样的成因。
没有任何一颗白矮星离地球足够近,人类无法直接用肉眼观察它们的色彩。研究团队利用了常规观测采集的恒星光谱数据,输入人类色彩视觉模型,推算出了人眼凑近观察时能看到的真实色彩。
把这套方法套到更多白矮星上,团队发现它们的颜色会按大气成分分成几群。富含碳的偏粉或偏紫;吞过小行星、彗星碎块的多半偏黄;更冷一些、大气里氢氦混合的,常带一点青色或淡蓝,那是氢分子在超高密度下不断撞上氦原子造成的。
这种异常色彩在宇宙中并不少见。
研究团队抽样普查了距离地球大约65光年以内的151颗近邻白矮星。样本中有5颗表现出异常颜色,两颗呈黄色,3颗呈粉红。
这意味着,宇宙中大约1/30的白矮星闪烁着意想不到的奇异光彩。
其余146颗,团队测了它们的色温。色温是拿发光体的颜色和理想辐射体对比得出的温度,买灯泡时见过的3000开尔文暖白、6000开尔文冷白就是它。这146颗白矮星的色温中位数大约是6800开尔文,在人眼看来就是白色。
这项普查同时澄清了过去的一个偏差。天文学界以前总觉得白矮星普遍偏蓝,实际上是因为温度高、偏蓝的白矮星更明亮,在巡天观测中更容易被挑选出来。
一颗普通白矮星的真容,依然是名副其实的白色。
~~~~~~
图一:从天而降的碎屑:冷却的白矮星 WD J1330+6435 把来自自身行星系统的富钠岩石物质吸积进大气层。极高的大气密度让钠大幅吸收黄光、橙光和红光波段,使 WD J1330+6435 呈现出幽灵般的绿色,图源:Mark A Garlick/University of Warwick图二:从体内翻上来的碳:冷却的白矮星 WD J0902+2010 以氦为主的外层里有极深的对流区,对流一直扎进核心,把内部的碳带到表面形成双原子碳分子。这些碳分子在蓝光、绿光和黄光波段强烈吸收光线,使 WD J0902+2010 在人眼看来呈粉红色,图源:Mark A. Garlick/University of Warwick图三:绿星与粉红星。左为吸积富钠岩石物质、钠吸收黄光、橙光和红光而呈绿色的白矮星 WD J1330+6435;右为对流把核心的碳翻到表面形成碳分子、吸收蓝光、绿光和黄光而呈粉红色的白矮星 WD J0902+2010,图源:Mark A. Garlick/University of Warwick图四:按真实色彩模拟的白矮星图像。左上:离太阳系最近的白矮星天狼星B(Sirius B),拥有炽热的氢大气,呈淡蓝色;右上:这些冷却白矮星的对流区把碳从核心翻进以氦为主的致密大气,形成双原子碳分子,呈现深浅不一的粉红色;下方:吸积了行星系统岩石碎屑的白矮星,冷却的氦大气里富含钙、镁、钠等元素,图源:Mark Hollands/University of Warwick
信源:University of Warwick. "Green, Pink and Purple: Astronomers Reveal the Surprising True Colors of White Dwarf Stars." Phys.org, edited by Sadie Harley, 14 Oct. 2026



