Могут ли звезды быть разных цветов?

Звезды бывают самых разных цветов, которые определяются температурой их поверхности. Самые горячие звезды, как правило, кажутся голубыми или сине-белыми, в то время как самые холодные звезды — красные. Но может ли одна звезда излучать несколько цветов одновременно? Ответ — да, есть несколько способов, которыми звезды могут казаться разноцветными.

Различные температуры поверхности

Один из способов, которым звезда может казаться разноцветной, — это если у нее разная температура поверхности по всей ее поверхности. Звезды вращаются, и это вращение может вызывать разницу в температуре и яркости по всей звезде. Более холодные, темные области будут излучать более красный свет, в то время как более горячие, яркие области будут казаться более сине-белыми. Этот эффект, вероятно, очень тонок для человеческого глаза, но его можно обнаружить с помощью спектроскопии.

Бетельгейзе, красная сверхгигантская звезда в созвездии Ориона, является хорошим примером звезды с обнаруживаемыми колебаниями температуры по всей ее поверхности. Бетельгейзе приближается к концу своего жизненного цикла и стала очень большой и нестабильной. В 2020 году астрономы заметили, что Бетельгейзе значительно тускнеет, вероятно, из-за больших холодных пятен на ее поверхности. Различные области Бетельгейзе кажутся немного краснее или голубее, поскольку эти пятна растут, сжимаются и перемещаются по ее поверхности.

Двойные звездные системы

Еще один способ, которым звезда может казаться многоцветной, — это если она является частью двойной (или множественной) звездной системы. Двойные звезды — это две звезды, которые вращаются вокруг общего центра масс. Невооруженным глазом некоторые двойные системы выглядят как одна звезда с разными цветами.

Есть несколько способов, которыми двойственность может вызывать изменение цвета:

• Две звезды имеют разную температуру поверхности — одна кажется более голубой, а другая более красной, если смотреть вместе.
• Звезды затмевают друг друга во время своих орбит, изменяя общий световой поток с течением времени.
• Если орбита расположена ребром относительно Земли, цвет может меняться с синего/белого на красный, когда более холодная звезда движется перед более горячей.

Примеры двойных систем, которые могут казаться разноцветными, включают Альбирео, которая большую часть времени выглядит желтоватой, но ненадолго становится синей, когда более холодная звезда проходит перед более горячей. Антарес — еще одна двойная звезда, которая большую часть времени выглядит красно-оранжевой, но вспыхивает синим, когда более горячая звезда-компаньон затмевает главную красную звезду-сверхгиганта.

Эффекты состава звезд

Состав звезды также может влиять на ее цвет. Звезды в основном состоят из водорода и гелия, но также содержат небольшое количество более тяжелых элементов. Наличие и распространенность этих элементов может влиять на наблюдаемый цвет звезды.

Тяжелые элементы во внешних слоях звезды, такие как стронций, кальций, барий и многие другие, имеют линии поглощения, которые могут создавать иллюзию множественных цветов при наблюдении через спектроскоп. Различные элементы поглощают свет на определенных длинах волн, вызывая темные полосы поглощения по всему цветовому спектру.

Молодые звезды содержат меньше тяжелых элементов, чем старые звезды, что приводит к меньшему количеству линий поглощения. Звезды с очень низким содержанием металлов кажутся более голубыми, в то время как звезды с более высоким содержанием металлов кажутся более желтыми или даже красноватыми. Звезды населения II, образовавшиеся на ранней стадии истории Вселенной, как правило, кажутся более голубыми, чем среднестатистическая звезда, из-за меньшего содержания тяжелых элементов.

Околозвездные диски

Молодые звезды часто окружены вращающимися дисками из газа и пыли, называемыми околозвездными дисками. Эти диски являются местами рождения потенциальных планет. Свет, излучаемый центральной звездой, будет фильтроваться через материал диска, при этом различные длины волн будут рассеиваться и поглощаться. Это может придавать звезде диапазон оттенков, от синего до красного, часто с ярко-зелеными длинами волн, создаваемыми излучением кислорода.

Примерами разноцветных звезд с околозвездными дисками являются RW Возничего, которая выглядит зеленой из-за излучения кислорода, но также имеет темно-красные и синие области, вызванные диском. AB Возничего обычно синяя, но имеет большое пятно, кажущееся красноватым из-за ее наклонного околозвездного диска. По мере того, как диск эволюционирует с течением времени, цветовые вариации будут меняться и, вероятно, уменьшаться.

Газовые туманности

В некоторых случаях межзвездные газовые и пылевые туманности могут окружать или находиться между Землей и звездой, фильтруя ее свет. Как и в случае с околозвездными дисками, различные туманные материалы будут поглощать или излучать на определенных длинах волн, создавая многоцветный эффект. Сами эмиссионные туманности также излучают свет на определенных длинах волн, определяемых их составом.

Известно, что звезда R Leporis меняет цвет от темно-красного до голубовато-зеленого, когда ее свет проходит через окружающие газовые облака. Тета Ориона обычно сине-белая, но часто кажется краснее из-за излучения водорода в туманности Ориона, окружающей ее. Эти изменения цвета могут казаться постепенными в течение месяцев или лет, поскольку туманности расширяются, сжимаются и движутся.

Магнитная активность

Магнитно-активные звезды также могут менять цвет. Звезды солнечного типа имеют внешние конвективные зоны, которые генерируют магнитные поля посредством динамо-процессов. Эта магнитная активность приводит к поверхностным явлениям, таким как солнечные пятна на нашем собственном Солнце. Она также может вызывать большие звездные вспышки, высвобождая вспышки света на всех длинах волн.

Вспышки на магнитно-активных звездах, таких как UV Ceti, могут на короткое время менять свой цвет с красного на белый или даже синий, прежде чем вернуться к нормальному. Карликовая звезда YZ Canis Minoris обычно выглядит красновато-фиолетовой, но было замечено, что она меняет цвет с фиолетового на синий и золотисто-оранжевый в течение нескольких часов из-за частой вспышки. Изменение цвета едва заметно, но его можно обнаружить с помощью чувствительной фотометрии.

Пульсирующие звезды

Пульсирующие переменные звезды расширяются и сжимаются в течение периодов от часов до лет, вызывая радикальные изменения температуры и яркости. Когда они пульсируют, подвергаются воздействию различные атмосферные глубины с различным составом. Изменение температуры также смещает пик излучения черного тела, изменяя цвет звезды.

Хорошо известным примером является Мира, пульсирующий красный гигант, который меняется от темно-красного до сине-белого в течение примерно 330 дней. Прототип дельта Цефея также меняет цвет с голубоватого на оранжевый в течение 5 дней и 20 часов. Пульсации в субкарликовых B-звездах, таких как PG 1605+072, могут вызывать изменения цвета с синего на красный всего за несколько минут.

Извергающиеся звезды

Извергающиеся переменные звезды время от времени испытывают выбросы, выбрасывая оболочки газа, которые расширяются и охлаждаются в затемняющие туманности вокруг звезды. Как и в случае с околозвездными дисками, эти оболочки фильтруют свет звезды, что приводит к эффектам покраснения или посинения. Различные элементы в выброшенном материале излучают определенные длины волн, поскольку газовые облака заряжаются излучением звезды.

Примерами являются оболочки вокруг звезд Вольфа-Райе, таких как WR 124 и WR 16, которые дают смежные области синего, желтого, оранжевого и красного цвета, поскольку газовые облака быстро расширяются. Извержения на ярких голубых переменных звездах, таких как P Cygni, также вызывают временное покраснение или изменение цвета. На протяжении столетий может образовываться несколько оболочек, создавая смешение или чередование цветов.

Белые карлики

Белые карлики представляют собой конечную фазу эволюции звезд, похожих на наше Солнце. Как остаток ядра звезды, они чрезвычайно горячие, сначала кажутся голубовато-белыми или даже синими. Но без внутреннего источника тепла они медленно остывают в течение миллиардов лет, в конечном итоге становясь красноватыми. Древние белые карлики с температурой ниже 4000 К приобретают желтоватый или оранжевый оттенок.

Разноцветные белые карлики возникают, когда у карлика есть близкий двойной компаньон. Водородный газ из компаньона аккрецирует на поверхность карлика, создавая внешнюю оболочку. Это позволяет более горячему внутреннему ядру казаться сине-белым, в то время как более холодные внешние слои пропускают красноватые или желтоватые оттенки, как карликовая звезда L745-46A.

Вывод

Хотя звезды могут казаться невооруженному глазу одноцветными, спектроскопия и фотометрия показывают, что ряд процессов может привести к тому, что звезды будут излучать несколько длин волн света. Такие факторы, как вращение, бинарность, состав, магнитная активность, пульсация, циклы извержений и аккреция, могут привести к тому, что видимый цвет звезды будет меняться или отображать несколько оттенков одновременно. Для выявления эффектов, вызывающих нестабильность цвета в конкретной переменной или двойной звездной системе, необходимо тщательное наблюдение в течение длительного времени.