Ein grüner Stern klingt nach Science-Fiction, lässt sich aber durch ungewöhnliche Bedingungen in einer Sternatmosphäre erklären. Beim Weißen Zwerg WD J1330+6435 verändern Bestandteile verschluckter Gesteinstrümmer das austretende Licht. Besonders Natrium verschiebt den Farbeindruck in Richtung Gelbgrün. Die Farbe wurde aus Spektraldaten berechnet und nicht auf einer aufgelösten Aufnahme der Sternoberfläche beobachtet.
Ein Team um Mark Hollands von der University of Warwick hat untersucht, welche Farben Weiße Zwerge für das menschliche Auge tatsächlich besitzen können. Der grün erscheinende Stern ist ein besonders auffälliges Beispiel. Er hat eine Oberflächentemperatur von ungefähr 4.000 Grad Celsius und trägt Spuren von Calcium, Lithium und Natrium in seiner Atmosphäre. Diese Elemente stammen nach der Untersuchung aus aufgenommenem Gesteinsmaterial seines Planetensystems.
Die Farbe eines gewöhnlichen Sterns wird stark von seiner Temperatur bestimmt. Kühlere Sterne wirken eher orange oder rötlich, heißere weiß bis bläulich. Dabei senden Sterne ihr Licht nicht nur in einem schmalen Farbbereich aus. Selbst wenn der stärkste Anteil in der Nähe grüner Wellenlängen liegt, kommen erhebliche Mengen roten und blauen Lichts hinzu. Das Auge nimmt die Mischung wahr, nicht lediglich die Wellenlänge mit dem höchsten Einzelwert.
Ein grüner Farbeindruck verlangt deshalb eine ungewöhnliche Verteilung des sichtbaren Lichts. Es genügt nicht, die Temperatur auf einen vermeintlich passenden Wert einzustellen. Bestimmte Wellenlängen müssen gegenüber anderen deutlich abgeschwächt werden. Genau hier kommt die Atmosphäre des Weißen Zwergs ins Spiel. Sie verändert die Verteilung des Lichts so stark, dass die übliche Einordnung allein anhand der Temperatur nicht mehr ausreicht.
Weiße Zwerge sind kompakte Überreste von Sternen, die ihre frühere Entwicklungsphase hinter sich haben. Ihre äußeren Schichten können unter Bedingungen stehen, die sich erheblich von denen gewöhnlicher Sterne unterscheiden. Die Atmosphären besonders kühler Weißer Zwerge erreichen laut der Untersuchung Dichten in der Größenordnung von einem Gramm pro Kubikzentimeter. Das entspricht ungefähr der Dichte von Wasser. Gemeint ist dabei die Materiedichte, nicht ein flüssiger Ozean auf dem Stern.
In dieser Umgebung beeinflussen häufige Wechselwirkungen mit dem umgebenden Helium, welche Wellenlängen ein Element absorbiert. Aus schmaleren Absorptionsmerkmalen können sehr breite Bereiche werden. Beim untersuchten Objekt schwächt Natrium Licht über einen großen Bereich gelber, orangefarbener und roter Wellenlängen ab. Das verbleibende sichtbare Licht erzeugt im Modell einen gelbgrünen Eindruck. Der Stern besitzt somit keinen grünen Anstrich, sondern ein ungewöhnlich geformtes Spektrum.
Dass die Zusammensetzung der äußeren Schichten entscheidend sein kann, zeigt auch der bereits untersuchte Weiße Zwerg mit zwei unterschiedlich zusammengesetzten Seiten. Wasserstoff und Helium hinterlassen verschiedene Spuren im Sternlicht. Die neue Farbanalyse betrifft einen anderen Mechanismus und ein anderes Objekt. Gemeinsam ist beiden Fällen, dass eine Sternatmosphäre keine nebensächliche Hülle ist. Ihre Zusammensetzung entscheidet wesentlich darüber, was Beobachter aus dem Licht ableiten können.
Ein Spektrum zerlegt das Licht nach Wellenlängen. Damit enthält es mehr Informationen als ein einzelner heller Punkt auf einer Aufnahme. Das Forscherteam verknüpfte solche Spektren mit einem Modell des menschlichen Farbsehens. Dieses berücksichtigt, dass die lichtempfindlichen Zapfen des Auges auf unterschiedliche, überlappende Wellenlängenbereiche reagieren. Aus der gewichteten Mischung lässt sich berechnen, welcher Farbeindruck bei ausreichender Helligkeit entstehen würde.
Die Aussage betrifft deshalb eine physikalisch und wahrnehmungsbezogen begründete Farbe. Sie ist weder eine frei gewählte Falschfarbe noch die Behauptung, dass der Stern am Nachthimmel als deutlich grünes Scheibchen zu erkennen wäre. Für eine solche Darstellung fehlen die räumliche Auflösung und die geeigneten Beobachtungsbedingungen. Auch ein Bildschirm bildet die enorme Helligkeit eines Sterns nicht ab. Eine Illustration kann den berechneten Farbcharakter vermitteln, aber keine unmittelbare menschliche Betrachtung der Sternoberfläche nachstellen.
Die beobachteten Elemente machen Weiße Zwerge zugleich zu Untersuchungsobjekten für ehemalige Planetensysteme. Gelangt felsiges Material in ihre Atmosphäre, kann es dort charakteristische Absorptionsmerkmale erzeugen. Auf diese Weise lässt sich etwas über Bestandteile von Körpern erfahren, die selbst nicht direkt aufgelöst werden können. Vergleichbare Analysen verschmutzter Weißer Zwerge lieferten bereits Hinweise darauf, dass fremde Gesteinsplaneten chemisch anders zusammengesetzt sein können als die Erde. Die auffällige Farbe ist somit eine sichtbare Folge eines tieferliegenden chemischen Befunds.
Aus dem Grün allein lässt sich allerdings keine vollständige Geschichte des aufgenommenen Materials rekonstruieren. Eine Farbe fasst sehr viele Wellenlängen zu einem einzigen Eindruck zusammen. Unterschiedliche Kombinationen von Temperatur, Dichte und Elementhäufigkeiten können ähnliche Farben ergeben. Für die wissenschaftliche Auswertung bleibt daher das detaillierte Spektrum wichtiger als ein Farbfoto. Der Farbeindruck macht einen ungewöhnlichen Zustand anschaulich, ersetzt aber dessen Messung nicht.
Die Untersuchung beschränkt sich nicht auf ein einzelnes auffälliges Objekt. In einer räumlich begrenzten Stichprobe von 151 Weißen Zwergen innerhalb von 20 Parsec, ungefähr 65 Lichtjahren, fanden die Autoren fünf ungewöhnlich gefärbte Vertreter. Zwei wurden als gelb und drei als rosa eingeordnet. Der grüne Stern ist nicht einer dieser fünf nahen Vertreter, sondern stammt aus der umfassenderen Analyse. Die Stichprobe zeigt vor allem, dass ungewöhnliche Farben vorkommen, ohne den Regelfall darzustellen.
Eine räumlich begrenzte Auswahl ist für solche Häufigkeitsfragen besonders nützlich. Sehr helle Objekte lassen sich über größere Entfernungen entdecken und können in anderen Stichproben überrepräsentiert sein. Aus einer Sammlung spektakulärer Einzelobjekte ließe sich deshalb kaum zuverlässig ableiten, wie ein typischer Weißer Zwerg aussieht. Der neue Befund erweitert die mögliche Farbpalette dieser Sternreste. Er verändert zugleich die Erklärung dafür, wie Temperatur, Materiedichte und verschlucktes Gestein gemeinsam das sichtbare Licht eines Sterns bestimmen.
RAS Techniques and Instruments, Any colour you like: The diverse chromaticities of white dwarfs; doi:10.1093/rasti/rzag069
University of Warwick, Green, pink and purple: astronomers reveal the surprising true colours of white dwarf stars
