知られている唯一の緑色の星は白色矮星だ

夜空を見上げると、星の色はかすかだが確かに違う。ベテルギウスやアンタレスは赤みがかって見え、シリウスやリゲルはわずかに青みがかって見える。ふつうの星にとって、色は温度計だ。その光はおおむね理想的な熱い物体、つまり黒体の光に従い、黒体は熱くなるにつれてオレンジから白、そして青へと変わっていく。

しかし、ほとんどの星は暗すぎて肉眼では見えず、望遠鏡を使っても、暗い中で人間の目は色をうまく判断できない。天文学のカラフルな画像の多くは疑似カラーだ。たとえばスローン・デジタル・スカイサーベイは、i、r、gの各バンドを赤、緑、青に割り当てているが、人間の目がとらえるのはgとrのバンドだけだ。科学には役立つが、星が実際にどう見えるかについては誤解を招く。

液体並みに高密度な大気

白色矮星は、ほとんどの星が死んだあとに残す高密度な残骸だ。その大気は桁外れに圧縮されていることがあり、最も低温のものでは最大で1立方センチメートルあたり約1グラム、つまり液体の密度に達する。このような条件では、炭素、カルシウム、ナトリウムの原子が、幅が数百から数千オングストロームにも広がった帯で光を吸収する。外に逃げ出す光は、黒体の光とは大きくかけ離れたものになりうる。

ウォーリック大学のマーク・ホランズ、ボリス・ゲンシケ、ピエール=エマニュエル・トランブレーは、キール大学のデトレフ・ケスターとともに、これらの星について誰も取り組んでこなかった単純な問いを立てた。その円盤が見えるほど近くにいる人間の観測者には、何色に見えるのだろうか。

スペクトルから画面へ

答えは、ディスプレイや照明の較正を担う分野である色彩科学から得られる。チームは、それぞれのスペクトルを人間の目の感度を表す標準曲線（CIE 1931等色関数）にわたって積分し、その結果をコンピューターモニターの標準色空間であるsRGBに変換した。確認として、太陽のモデルはごくわずかに暖かみのある白、16進コード#FFF1ECになる。10,000度の水素の白色矮星は淡い青になる。

彼らはこの手法を、大気モデル、特異な性質ゆえに選んだ数十の観測スペクトル、そして太陽から20パーセク以内にある152個の白色矮星の完全な調査サンプルに適用した。

死んだ星のパレット

純粋な水素またはヘリウムの大気をもつ白色矮星は、ほぼ黒体のようにふるまう。それ以外はそうではない。

ピンクと紫。 炭素の多い白色矮星では、C₂分子が可視光の中ほどで幅広い帯を吸収するため、黒体の色の範囲から下に外れる。そのひとつ、14.7パーセク離れたWD J1011+2845は、可視光の大部分を600ナノメートルより長い波長で放っている。その色は深いサーモンピンクで、著者らによれば、知覚される色という点では、おそらく知られている中で最も赤い星だ。
シアン。 水素とヘリウムが混ざった低温の白色矮星の中には、赤色光と赤外線が衝突する分子によって吸収されるものがある。最も極端なものはシアンになる。
黄色。 WD J0744+4649では、カルシウムが460ナノメートルより短い波長の光の大部分を飲み込んでいる。この星はオレンジではなく、黄色だ。
緑。 4,240度のWD J1330+6435は、オレンジの光をナトリウムに、紫の光をカルシウムに吸収されている。残った光は500ナノメートル付近にピークをもつ。シャルトルーズグリーンだ。著者らは、緑色だとされた星をほかに種類を問わず一つも知らず、白色矮星はいまのところ緑色の星を生み出す唯一の既知の方法になっている。そのスペクトルにはいくらかノイズがあると彼らは注記しているが、古いモデルでも似た色合いになる。
4,000度で青。 WD J2356−2054はわずか4,000度ほどしかないが、ナトリウムが可視光の中ほどをあまりに徹底的に消し去るため、鮮やかな青に見える。どの黒体よりも青いので、色温度を割り当てることすらできない。

結局は白

20パーセク以内の近傍の調査は、もっと穏やかな姿を示している。黒体の色からはっきり外れているのは、これらの白色矮星の約3.4%だけで、黄色が2つ、ピンクが3つだ。残る147個の色温度は3,000度から25,000度にわたり、その中央値6,768ケルビンは16進コード#F9F5FFとなる。これはコンピューター画面の標準の白に驚くほど近い。著者らはいくらか面白がっていることを認めている。白色矮星は青白いというよくあるイメージは代表的なものではなく、明るく高温の星を優先して拾う観測調査の偏りなのだ。平均すると、白色矮星は本当に白い。

円盤を描く

チームは、星が縁に向かって暗くなる様子も考慮して、円盤そのものの画像も生成した。水素の白色矮星では、円盤はほぼ平坦に見える。炭素や金属の多いものでは、縁が強く暗くなり、色合いまで変わる。緑のWD J1330+6435は、円盤の最も外側のピクセルでオレンジに変わる。これらの星の表面は、どんな画面でも表示できないほど桁違いに明るいままだが、著者らはこうした肖像がアウトリーチ（科学の普及活動）に役立つと期待している。さらなる驚きも予想している。緑の星と青い星のあいだには、鮮やかな緑、シアン、青の白色矮星がほかにもおそらくあり、今後の観測調査で見つかるのを待っている。