Beyaz cüceler yalnız beyaz değil: yeşil, pembe ve mor parlayanlar
Warwick'ten dört gökbilimci, beyaz cücelerin tayfını insan gözünün duyarlılığından geçirdi: biri fıstık yeşili çıktı. Aşırı yoğun atmosferdeki sodyum, turuncu ışığı silerek ilk inandırıcı yeşil yıldızı ortaya koyuyor.
Bir gezegenin yüzeyinde durup yukarı baktığınızı düşünün. Tepenizdeki yıldız beyaz, sarı ya da kızıl değil; soluk bir fıstık yeşili. Gökbilim ders kitapları, yıldızların bu renkte olamayacağını söyler. Warwick Üniversitesi'nden dört gökbilimcinin yeni hesabı ise 4.240 kelvinlik WD J1330+6435 adlı ölü yıldızın, yakından bakılabilse tam olarak böyle göründüğünü söylüyor.
Çalışma RAS Techniques and Instruments dergisinde yayımlandı. Mark A. Hollands, Boris T. Gänsicke, Pier-Emmanuel Tremblay ve Detlev Koester imzalı makalenin adı bir Pink Floyd parçasından ödünç alınmış: "Any colour you like", yani "hangi rengi isterseniz".
Ekibin yaptığı iş yeni bir gözlem değil, bir tür çeviri. Ellerindeki beyaz cüce tayflarını insan gözünün duyarlılık eğrilerinden geçirip, bu yıldızların diskini yakından görebilsek hangi renkte algılayacağımızı hesapladılar. Çıkan sonuç, yıldız renginin neredeyse tamamen sıcaklıkla belirlendiği alışkanlığını kenara itiyor.
Yıldızın rengi neden termometre sayılır
Beyaz cüce, Güneş gibi orta kütleli bir yıldızın yakıtı tükendikten sonra geriye kalan çekirdeğidir: Dünya kadar küçük, Güneş kütlesine yakın ağır, bu yüzden akıl almaz ölçüde yoğun. Yüz milyonlarca yıl boyunca yavaş yavaş soğur.
Sıradan yıldızlar, fizikte "kara cisim" denen ideal ışıtıcılara çok benzer. Kara cisim yalnızca sıcaklığına bağlı, pürüzsüz bir ışık dağılımı yayar; soğuksa kızıla, sıcaksa maviye kayar. Bu yüzden bir yıldızın rengi, yüzey sıcaklığının doğrudan göstergesi kabul edilir.
Aynı fizik, gökyüzünde yeşil yıldız bulunmamasının da açıklaması. Işık dağılımının tepesi tam yeşile düşse bile kara cisim aynı anda bol miktarda kırmızı ve mavi yayar; gözdeki üç koni hücresi eşit güçte uyarıldığında beyin "beyaz" der. Yeşil görmek için yıldızın kırmızıyla maviyi bir biçimde yitirmesi gerekir.
Santimetre küpte bir gram
Beyaz cücelerin ayrıcalığı tam burada başlıyor. Makaleye göre en soğuk beyaz cücelerin atmosferinde yoğunluk santimetre küpte 1 grama yaklaşıyor; yani suyla yarışan bir "gaz". Böyle bir ortamda atomlar sürekli komşularının elektrik alanı altında eziliyor.
Bunun tayftaki karşılığının adı basınç genişlemesi. Normal koşullarda bir element ışığı iğne kadar ince dalga boylarında yutar; aşırı yoğunlukta aynı yutma çizgisi yüzlerce, hatta binlerce ångström yayılır. Yazarlar sodyum için bunu, helyum taneciklerinin atomun enerji düzeylerini ve dipol momentini bozmasına bağlıyor.
Sonuç, tayfta kara cisimde hiç bulunmayan kocaman karanlık oyuklar. Geriye kalan ışık artık beyaz değildir.
Yeşil yıldız: WD J1330+6435
Bu yıldız DZ sınıfında, yani atmosferine metal karışmış bir beyaz cüce. Metaller kendiliğinden orada duramaz: beyaz cücenin çok güçlü yerçekimi ağır elementleri hızla dibe çeker. Dolayısıyla görülen kalsiyum, lityum ve sodyum sonradan gelmiş olmalı — yıldızın eski gezegen sisteminden artakalan kayalık döküntü.
Hollands, Warwick'in tanıtım metninde mekanizmayı şöyle anlatıyor: "Bu beyaz cücenin atmosferindeki sodyum izleri tayfın turuncu kısmını yutuyor, geriye hayalet gibi yeşil bir parıltı kalıyor." Aynı metinde ekliyor: "Bir gezegende durup yukarıdaki yeşil yıldıza baktığınızı düşünün. Bilimkurgudan çıkmış gibi."
Makaledeki ayrıntı şu: sodyum turuncu bölgeyi, kalsiyum ise mor uçtaki ışığı siliyor; geriye kalan akı 500 nanometre civarında, yani tam yeşilde tepe yapıyor. Yazarlar, bugüne kadar hiçbir türden yıldız için inandırıcı bir yeşil renk iddiası ortaya atılmadığını belirtiyor.
Pembe, mor, sarı — ve soğuk olduğu hâlde mavi
Karbon bakımından zengin DQ sınıfı beyaz cücelerde renk başka bir yoldan kayıyor. Bu atmosferlerde iki karbon atomundan oluşan C2 molekülünün "Swan bantları" denen geniş yutma bölgeleri var. Soğuk ve yoğun koşullarda bu bantlar öyle bozulup derinleşiyor ki yıldız pembeye, hatta mora kayıyor.
En aşırı örnek WD J1011+2845. Yaklaşık 48 ışık yılı uzaklıktaki bu 4.300 kelvinlik yıldızın görünür ışığı neredeyse tümüyle 600 nanometrenin üstünde sıkışıyor; yazarlara göre algılanan renk bakımından bilinen en kırmızı yıldız olması muhtemel. Rengin adı somon pembesi.
Tersi de var. WD J2356−2054 yalnızca 4.000 kelvin dolayında, yani çok soğuk; ama sodyum yutması tayfın ortasını baştan sona sildiği için geriye 450-500 nanometre aralığı kalıyor ve yıldız canlı mavi görünüyor. Sıcaklıkla renk arasındaki bağ burada tümüyle kopuyor.
Makaledeki değerlerden derlenmiş özet:
| Yıldız | Sıcaklık | Sınıf | Algılanan renk | Nedeni |
|---|---|---|---|---|
| WD J1330+6435 | 4.240 K | DZ | fıstık yeşili | sodyum turuncuyu, kalsiyum moru yutuyor |
| WD J1011+2845 | 4.300 K | DQpec | somon pembesi | bozulmuş Swan bantları ışığı 600 nm üstüne sıkıştırıyor |
| WD J2356−2054 | ~4.000 K | DZ | canlı mavi | aşırı sodyum yutması tayfın ortasını siliyor |
| Yerel örneklemin ortancası | 6.768 K | karışık | beyaz | kara cisim gibi davranıyor |
| En sıcak modeller | 140.000 K | karışık | soluk mavi | yalnızca sıcaklık |
Komşulukta yüz elli beyaz cüce, çoğu gerçekten beyaz
Renk çeşitliliği kulağa ne kadar şaşırtıcı gelse de kuralın kendisi bozulmuyor. Ekip, 20 parsek (yaklaşık 65 ışık yılı) yarıçapındaki yerel örneklemi tek tek inceledi: yüz elliyi biraz aşan beyaz cücenin ortanca korelasyonlu renk sıcaklığı 6.768 kelvin, yani gözle bakıldığında neredeyse kusursuz beyaz. Örneklemin yüzde 95'i 3.800 ile 18.700 kelvin arasında.
Kara cisim eğrisinden anlamlı biçimde sapan yalnızca beş yıldız var: ikisi sarıya kaçan DZ, üçü pembe DQpec. Bu da yüzde 3,4'e karşılık geliyor — kabaca her otuz beyaz cüceden biri. Aykırı renk, kural değil istisna.
Burada bir terim açıklaması gerekiyor: korelasyonlu renk sıcaklığı, bir ışığın rengini "hangi sıcaklıktaki kara cisme en çok benziyor" diye tek sayıyla anlatma yöntemi. Ampul ambalajlarındaki 2700 K, 4000 K yazıları da aynı ölçek.
Terazi'deki eski tartışma
Yeşil yıldız konusunun gökbilimde uzun bir geçmişi var. Terazi takımyıldızının en parlak yıldızı Zubeneschamali'yi eski gözlemciler yeşil diye anardı; EarthSky'ın derlediğine göre William Olcott bu yıldızı "çıplak gözle görülebilen tek yeşil yıldız" olarak tanımlamıştı. Modern ölçümler ise onu mavi-beyaz bir B türü yıldız gösteriyor ve aradaki farkın gözlemcilere özgü renk algısından geldiği düşünülüyor.
Warwick ekibinin bulduğu şey bu tartışmanın cevabı değil; bambaşka bir kapı. Yeşil, kara cismin yapamadığı bir renk — ama kara cisim gibi davranmayı bırakmış bir yıldızın pekâlâ yapabildiği bir renk.
Bu renkleri kimse çıplak gözle görmeyecek
Yazarlar sınırı açıkça yazıyor: hesaplanan renkler, yıldızın diskini yakından ve çözünürlüklü biçimde görmek koşuluyla geçerli. Gerçekte hiçbir beyaz cüce, diski ayırt edilebilecek kadar yakın değil.
En yakın beyaz cüce sayılan Sirius B 8,6 ışık yılı uzakta ve Hubble'ın gözünde bile yalnızca soluk bir nokta. Üstelik karanlıkta gözün renk ayırt etme gücü düşüyor; makaleye göre bu yıldızların yüzey parlaklığı da hiçbir bilgisayar ekranının verebileceğinin çok üstünde. Ekip, hesapladıkları renkli görüntülere bakacak okurlara monitörü sRGB kipine almasını öneriyor.
Asıl açık soru rengin kendisi değil, ne işe yarayacağı. Yöntem ters yönde de çalışıyor: bir beyaz cücenin tayfında beklenmedik bir renk, atmosferinde beklenmedik bir kimya demek — çoğu zaman yıldızın yuttuğu gezegen artıklarının izi. Kataloglarda on binlerce beyaz cüce duruyor; hepsi bu süzgeçten geçirilirse kaçının yeşile kaydığı ve bunun hangi tür döküntüye işaret ettiği de ortaya çıkacak.
Fotoğraf: NASA, ESA, and Z. Levy (STScI), CC BY 4.0, Wikimedia Commons
