科學

首顆已知綠色恆星是白矮星WD J1330+6435,鈉讓這顆死亡恆星泛出綠光

Nadia Okonkwo
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一顆在人眼中會呈現綠色的恆星終於被找到了,而且它是一顆已經死去的星。英國華威大學的天文學家算出了數十顆燃燒殆盡的恆星核心的真實顏色,發現其中一顆若從近處觀看,會散發淡淡的黃綠色(查特酒綠)光芒。過去不論是仍在發光的恆星還是已經死亡的星體,從來沒有任何一顆被可信地證實是綠色的。

同一項分析也找到一些看起來呈鮭魚粉、紫色、黃色或青色的恆星殘骸,這些都是一般恆星從來不會出現的顏色。從小被教導恆星只有紅、橙、白、藍幾種顏色的人,如今多了一套更豐富的色盤,儘管沒有人能用肉眼親眼看見。

這顆星叫作WD J1330+6435,是位於北天的一顆白矮星。白矮星是像太陽這樣的恆星耗盡核燃料後留下的天體,名稱來自最早發現的幾個例子:它們溫度很高,發出白色或淡藍色的光。這顆白矮星的溫度約為4240克耳文,大氣中帶有鈉、鈣和鋰的痕跡,是它從昔日行星系統的岩石殘骸中吸積而來。

「這顆白矮星大氣中的微量鈉吸收了光譜的橙色部分,留下一種幽靈般的綠色光芒。」主持這項研究的華威大學Warwick Prize Fellow(研究員)Mark Hollands表示,「想像你站在一顆行星上,抬頭看見一顆綠色的星星。感覺就像科幻小說裡的情節。」

望遠鏡拍不出的顏色,用電腦算出來

單靠望遠鏡影像,無法判定一顆恆星的顏色。白矮星太黯淡,肉眼根本看不到;就算湊近目鏡,人眼在黑暗中也會失去大部分辨色能力;而巡天影像則是把各個濾鏡對應到紅、綠、藍頻道上的假色影像。

因此研究團隊捨棄影像,改從光譜著手,也就是把星光拆解成各個波長後的量測資料。他們採用Sloan Digital Sky Survey(史隆數位巡天)與Montreal White Dwarf Database(蒙特婁白矮星資料庫)的觀測光譜,再加上基爾大學Detlev Koester所撰寫程式產生的模型大氣,將每一筆光譜代入國際照明委員會(CIE)1931年的配色函數,也就是描述人眼如何回應光線的標準數學模型,再轉換成一般螢幕使用的sRGB色彩空間。

這樣得到的,是一個人靠得夠近、能把恆星看成圓盤時所感受到的顏色。團隊也繪製出這些圓盤,連臨邊昏暗效應都納入考量,也就是光線越接近恆星邊緣越暗、顏色也隨之偏移的現象。以WD J1330+6435來說,中心呈現鮮明的淡綠色,最外圍的邊緣則帶著一抹淡淡的橙色。

死去的恆星為什麼會發出綠光

一般恆星的表現幾乎就像理想的發光體,因此顏色取決於溫度,就像一根燒熱的鐵棒會從紅色轉為橙色再變成白色。「大多數恆星,包括大多數白矮星,都像『完美輻射體』一樣,所以顏色幾乎完全由溫度決定。但過去沒有人真正深入研究白矮星還可能出現哪些情況。」Hollands說。

白矮星與眾不同之處在於壓力。在溫度最低的白矮星中,大氣密度可達每立方公分約一公克,大致與水相當,比太陽可見表面的密度高出數百萬倍。在這樣的密度下被擠壓在一起的鈉、鈣或碳原子,吸收光線的波段遠比在其他任何環境中寬廣。

在WD J1330+6435身上,一道寬廣的鈉吸收特徵吞沒了光譜的橙色部分,鈣則吸收了紫色那一端。殘存的光在約500奈米處達到高峰,正好落在綠色範圍。它的顏色來自吸積的碎屑,而不是溫度。

粉紅、紫色與青色的星星

色盤上的其他顏色則來自不同的化學組成。有些白矮星會把核心的碳翻攪上來,形成的分子恰好吸收人眼最敏感的波段,因此呈現粉紅或紫色。其中一顆是距離約48光年的WD J1011+2845,它幾乎所有的光都落在長於600奈米的波長,可能是有紀錄以來最紅的恆星,帶有深鮭魚粉色調。

混合氫與氦的低溫白矮星則走向相反的方向。在極端壓力下,與氦原子碰撞的氫分子會強烈吸收紅外線,使剩餘的光偏向藍色,因此儘管溫度很低,仍帶有青色調。另一顆富含鈉的恆星WD J2356-2054藍到在標準色溫尺度上找不到任何對應的溫度,研究團隊稱它是那顆綠色星星金屬含量更高的版本。另外兩顆,WD J0851+1543與WD J1351+2645,則帶著淡得多的綠意。

一般的白矮星,終究還是白色

為了確認這些怪異顏色是否常見,團隊檢視了距離太陽20秒差距(約65光年)內所有已知的白矮星,總數約150顆。其中5顆顏色不尋常,2顆黃色、3顆粉紅色,換算下來,整個銀河系中大約每30顆白矮星就有1顆不是白色。

典型的白矮星就是單純的白色。鄰近樣本的色溫中位數約為6800克耳文,接近約6000克耳文的家用冷白光燈泡。這也修正了一般人認為白矮星是藍色的印象:炙熱的藍色白矮星比較亮,從更遠的地方也看得到,因此在受亮度限制的巡天中佔了多數。

「三十分之一聽起來或許不是很大的比例,但放到整個宇宙的白矮星族群來看,顏色古怪的星星仍然多得很。」華威大學物理系教授Boris Gänsicke表示,「不過,如果我們在具代表性的白矮星族群中取中位數,會發現一般的白矮星真的是白色。」

顏色計算還無法回答的問題

「綠色」這個結論建立在一條雜訊偏多的光譜上。作者坦言,WD J1330+6435的真實顏色可能與計算結果略有出入。他們的信心來自同一顆星另一個較早的模型:那是先前一項研究以不同方式處理鈉所建立的,結果同樣是綠色。

此外,這些顏色是算出來的,而非觀測到的。它們仰賴物理機制仍難以重現的恆星模型大氣,尤其是富碳恆星,也仰賴一套無法涵蓋每個人眼睛的人類視覺標準模型。富碳與富金屬樣本是為了呈現極端情況而挑選的,因此只有20秒差距內的普查能說明各種顏色有多常見,而其中顏色古怪的星星只有5顆。再說,也沒有人能用眼睛去驗證這個結果。

關於綠色星星的常見問題

宇宙中真的有綠色的星星嗎?

在此之前,從來沒有恆星被可信地證實看起來是綠色的。根據華威大學的分析,大氣緻密、含有鈉與鈣的白矮星WD J1330+6435是已知的第一個例子。

為什麼星星看起來都不是綠色?

一般恆星發出的光涵蓋很寬的波長範圍,峰值位置由溫度決定。即使恆星的光峰值落在綠色,它仍會發出大量紅光與藍光,混合後在人眼看來就是白色。唯有強烈吸收削去其他顏色,才可能留下綠色調。

用望遠鏡看得到綠色的星星嗎?

看不到。WD J1330+6435與其他白矮星都太黯淡,肉眼無法看見;透過望遠鏡觀察時,人眼在微弱光線下也會失去分辨顏色的能力。所謂的綠色,是計算出近距離觀察者會看到的顏色。

白矮星大多是什麼顏色?

白色。在距離太陽約65光年內的所有白矮星中,色溫中位數約為6800克耳文,在人眼看來就是白色。大約每30顆中有1顆會呈現粉紅或黃色等不尋常的顏色。

接下來的研究方向

這篇論文由Hollands、Gänsicke、華威大學的Pier-Emmanuel Tremblay以及Koester共同撰寫,在10月13日發布預印本後,於2026年10月15日以開放取用方式在線上刊登於RAS Techniques and Instruments。華威大學在10月19日對外發布消息,兩天後Nature將其列為研究亮點,10月22日NASA的「每日一天文圖」(APOD)則刊出這顆綠色星星的藝術想像圖。團隊可應其他研究人員要求提供光譜模型,並建議將繪製出的圓盤影像用於科普推廣。

作者預期,若能取得更大規模的低溫、富金屬白矮星樣本,就能在綠色的WD J1330+6435與藍色的WD J2356-2054之間補上一段連續的顏色序列。

參考文獻:Hollands et al., “Any colour you like: the diverse chromaticities of white dwarfs,” RAS Techniques and Instruments, 2026. DOI: 10.1093/rasti/rzag069

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