NHỮNG NGÔI SAO XANH LỤC DUY NHẤT ĐƯỢC BIẾT ĐẾN LÀ SAO LÙN TRẮNG

Hãy nhìn lên bầu trời đêm: màu sắc của các ngôi sao tuy tinh tế nhưng có thật. Betelgeuse và Antares trông hơi đỏ, Sirius và Rigel hơi xanh. Với các ngôi sao thông thường, màu sắc là một chiếc nhiệt kế. Ánh sáng của chúng gần như tuân theo ánh sáng của một vật nóng lý tưởng, gọi là vật đen, vốn chuyển từ cam sang trắng rồi sang xanh lam khi nóng lên.

Tuy nhiên, phần lớn các ngôi sao quá mờ để có thể nhìn thấy bằng mắt thường, và ngay cả qua kính thiên văn, mắt người cũng kém trong việc phán đoán màu sắc trong bóng tối. Những bức ảnh nhiều màu sắc trong thiên văn học phần lớn là màu giả: chẳng hạn, Khảo sát Bầu trời Kỹ thuật số Sloan gán các dải i, r và g của mình cho đỏ, lục và lam, dù mắt người chỉ bao quát các dải g và r. Hữu ích cho khoa học, nhưng gây hiểu lầm về vẻ ngoài thật sự của các ngôi sao.

Bầu khí quyển đậm đặc như chất lỏng

Sao lùn trắng là tàn dư đậm đặc mà phần lớn các ngôi sao để lại khi chết đi. Bầu khí quyển của chúng có thể bị nén đến mức phi thường — lên tới khoảng 1 gam trên mỗi centimét khối đối với những sao lạnh nhất, tức mật độ của một chất lỏng. Trong những điều kiện như vậy, các nguyên tử carbon, calci hoặc natri hấp thụ ánh sáng trên những dải bị giãn rộng cực độ, rộng từ hàng trăm đến hàng nghìn ångström. Ánh sáng thoát ra có thể khác rất xa ánh sáng của một vật đen.

Mark Hollands, Boris Gänsicke và Pier-Emmanuel Tremblay thuộc Đại học Warwick, cùng Detlev Koester thuộc Đại học Kiel, đã đặt ra một câu hỏi đơn giản mà chưa ai giải quyết đối với những ngôi sao này: chúng sẽ có màu gì trong mắt một người quan sát đứng đủ gần để thấy được đĩa sao?

Từ quang phổ đến màn hình

Câu trả lời đến từ khoa học màu sắc, lĩnh vực chuyên hiệu chuẩn màn hình và ánh sáng. Nhóm nghiên cứu đã lấy tích phân mỗi quang phổ theo các đường cong chuẩn mô tả độ nhạy của mắt người (các hàm ghép màu CIE 1931), rồi chuyển kết quả sang không gian màu chuẩn của màn hình máy tính, sRGB. Để kiểm chứng, một mô hình Mặt Trời cho ra màu trắng hơi ấm rất nhẹ, mã hex #FFF1EC; một sao lùn trắng hydro ở 10.000 độ cho ra màu xanh lam nhạt.

Họ áp dụng cách làm này cho các mô hình khí quyển, cho hàng chục quang phổ quan sát được chọn vì những điểm kỳ lạ của chúng, và cho toàn bộ danh mục 152 sao lùn trắng trong phạm vi 20 parsec quanh Mặt Trời.

Bảng màu của những ngôi sao đã chết

Các sao lùn trắng có bầu khí quyển hydro hoặc heli thuần túy hành xử gần giống vật đen. Những sao còn lại thì không.

Hồng và tím. Các sao lùn trắng giàu carbon, nơi phân tử C₂ hấp thụ những dải rộng ở giữa vùng khả kiến, nằm bên dưới các màu của vật đen. Một trong số đó, WD J1011+2845, cách 14,7 parsec, phát phần lớn ánh sáng khả kiến của nó ở bước sóng trên 600 nanomét. Màu của nó là hồng cá hồi đậm — theo các tác giả, có lẽ là ngôi sao đỏ nhất được biết đến xét về màu cảm nhận được.
Lục lam. Ở một số sao lùn trắng lạnh có hỗn hợp hydro và heli, ánh sáng đỏ và hồng ngoại bị các phân tử va chạm nhau hấp thụ. Những sao cực đoan nhất chuyển sang màu lục lam (cyan).
Vàng. Ở WD J0744+4649, calci nuốt phần lớn ánh sáng dưới 460 nanomét: ngôi sao này không có màu cam, mà màu vàng.
Xanh lục. WD J1330+6435, ở 4.240 độ, bị natri hấp thụ ánh sáng cam và bị calci hấp thụ ánh sáng tím. Phần còn lại đạt đỉnh quanh 500 nanomét: màu xanh nõn chuối. Các tác giả không biết đến ngôi sao nào khác, thuộc bất kỳ loại nào, từng được cho là có màu xanh lục, khiến sao lùn trắng cho đến nay là cách duy nhất được biết để tạo ra một ngôi sao xanh lục. Họ lưu ý rằng quang phổ của nó hơi nhiễu, nhưng một mô hình cũ hơn cũng cho sắc màu tương tự.
Xanh lam ở 4.000 độ. WD J2356−2054 chỉ ở khoảng 4.000 độ, vậy mà natri xóa sạch phần giữa ánh sáng khả kiến của nó triệt để đến mức nó trông xanh lam rực rỡ — xanh hơn bất kỳ vật đen nào, nên thậm chí không thể gán cho nó một nhiệt độ màu.

Rốt cuộc vẫn là trắng

Danh mục các sao trong vùng lân cận 20 parsec kể một câu chuyện điềm tĩnh hơn. Chỉ khoảng 3,4% số sao lùn trắng này lệch rõ khỏi các màu của vật đen: hai sao vàng và ba sao hồng. Với 147 sao còn lại, nhiệt độ màu trải từ 3.000 đến 25.000 độ, và trung vị của chúng, 6.768 kelvin, cho mã hex #F9F5FF — gần một cách đáng kinh ngạc với màu trắng chuẩn của màn hình máy tính. Các tác giả thừa nhận có phần thích thú: hình ảnh phổ biến về những sao lùn trắng xanh nhạt là không mang tính đại diện, một độ lệch của các cuộc khảo sát vốn ưu tiên những ngôi sao sáng và nóng. Tính trung bình, sao lùn trắng thật sự có màu trắng.

Vẽ những đĩa sao

Nhóm nghiên cứu cũng tạo ra hình ảnh của chính các đĩa sao, có tính đến việc một ngôi sao tối dần về phía rìa. Với các sao lùn trắng hydro, đĩa trông gần như phẳng. Với những sao giàu carbon và kim loại, rìa tối đi mạnh và thậm chí đổi sắc: ngôi sao xanh lục WD J1330+6435 chuyển sang màu cam ở những điểm ảnh ngoài cùng của đĩa. Bề mặt của những ngôi sao này vẫn sáng hơn rất nhiều so với mức bất kỳ màn hình nào có thể hiển thị, nhưng các tác giả kỳ vọng những bức chân dung này sẽ hữu ích cho việc phổ biến khoa học. Họ cũng chờ đợi thêm những bất ngờ: giữa ngôi sao xanh lục và ngôi sao xanh lam, có lẽ còn những sao lùn trắng xanh lục, lục lam và xanh lam rực rỡ khác đang chờ trong các cuộc khảo sát tương lai.