Warum weiße Zwerge grün und rosa leuchten – und der erste bekannte grüne Stern

Weiße Zwerge in Farben, die ihre Temperatur nicht verraten

Eine Forschungsgruppe der University of Warwick in Großbritannien hat gezeigt, dass weiße Zwerge – die dichten Überreste sonnenähnlicher Sterne – in Farben leuchten können, die weit über Orange, Weiß und Blau hinausgehen. Weil kein weißer Zwerg nah genug steht, um mit bloßem Auge betrachtet zu werden, hat das Team die Farben aus Spektren berechnet und durch ein Modell des menschlichen Farbsehens geleitet. Ergebnis: Grüntöne, Rosa, Cyan, Gelb und Violett. Die Arbeit erschien am 14. Oktober in der Fachzeitschrift RAS Techniques and Instruments (RASTI), DOI: 10.1093/rasti/rzag069.

Die Dichte verschiebt die Farbe

Bei den meisten Sternen ist die Farbe ein Temperatursorakel: kühle Sterne wirken orange, sonnenähnliche weiß, die heißesten blassblau – wie ein glühendes Eisen in der Schmiede. Weiße Zwerge tragen ihren Namen, weil die frühesten Funde unerwartet heiß waren und weiß bis blassblau strahlten. Nach der Warwick-Auswertung ist diese unscheinbare Uniformität ein Beobachtungsproblem, kein physikalisches Gesetz.

Entscheidend ist die Dichte: Atmosphären der kühlsten weißen Zwerge erreichen rund ein Gramm pro Kubikzentimeter, etwa Wasserdichte und Millionen Mal dichter als die Photosphäre der Sonne. Unter diesen Bedingungen reagieren Spurenelemente wie Kohlenstoff, Calcium und Natrium mit dem dichten Heliumplasma und absorbieren Licht über breitere Wellenlängenbereiche, als es bei geringerer Dichte der Fall wäre. Die Farbe weicht dadurch von der eines idealen Strahlers ab. Die Gruppen lassen sich der Atmosphärenzusammensetzung zuordnen: kohlenstoffreiche Zwerge erscheinen rosa bis violett, mit Material zerbrochener Asteroiden und Kometen angereicherte eher gelb. Kühle Zwerge mit gemischten Wasserstoff-Helium-Atmosphären nehmen einen cyanfarbenen bis blassen Blauton an – ausgelöst durch Wasserstoffmoleküle, die auf Heliumatome treffen.

Das grüne Sternsystem WD J1330+6435

Rund 326 Lichtjahre entfernt liegt der kühle weiße Zwerg WD J1330+6435 mit ungefähr 4.000 Grad Celsius. Er hat Gesteinsmaterial aus dem eigenen Planetensystem aufgenommen und ist dadurch in seiner Atmosphäre mit Calcium, Lithium und Natrium angereichert. In den Modellen der Forschenden erscheint er chartreusegrün. Das Natrium im atmosphärischen Staub schluckt den orangen Bereich des Spektrums und lässt ein grünliches Leuchten übrig. Nach Aussage des Teams ist bislang kein weiterer Stern – lebend oder tot – als grün dokumentiert worden, was WD J1330+6435 zum ersten bekannten grünen Stern machen würde. Leiter der Untersuchung ist Dr. Mark Hollands: "Spuren von Natrium in der Atmosphäre dieses weißen Zwergs nehmen den orangen Teil des Spektrums auf und lassen ein geisterhaftes grünes Leuchten zurück. Stellen Sie sich vor, auf einem Planeten zu stehen und zu einem grünen Stern hochzuschauen" (sinngemäß übersetzt).

Das Gegenstück: 48 Lichtjahre entfernt

Am anderen Ende des Spektrums steht WD J1011+2845, womöglich der roteste jemals erfasste Stern. Nur 48 Lichtjahre von der Erde entfernt, besitzt dieser weiße Zwerg eine tiefe Konvektionszone, die Kohlenstoff aus dem Kern an die Oberfläche transportiert. Die entstehenden Kohlenstoffmoleküle verzerren das Licht so stark, dass nahezu alles jenseits von 600 Nanometern Wellenlänge liegt – ein tiefes lachsrosa Leuchten. Auch WD J0902+2010 wird als rosa geführt: Hier reicht die Konvektionszone der heliumdominierten Hülle bis in den Kern und bildet C₂-Moleküle, die blaues, grünes und gelbes Licht absorbieren.

Wie häufig sind die Ausreißer?

Untersucht wurden 151 weiße Zwerge innerhalb von 20 Parsec, rund 65 Lichtjahren um die Erde. Fünf zeigten auffällige Färbungen, zwei gelb und drei rosa. Hochgerechnet auf die Gesamtpopulation kommt das Team auf etwa einen von dreißig weißen Zwergen. Für die übrigen 146 Objekte wurde die Farbtemperatur bestimmt: Der Median liegt bei rund 6.800 Kelvin, was wir als Weiß wahrnehmen. Damit korrigiert die Studie eine verbreitete Fehlannahme, weiße Zwerge seien meist blau – heißere und blauere Exemplare sind heller und aus größerer Entfernung sichtbar, weshalb sie in helligkeitsbasierten Durchmusterungen überrepräsentiert sind. "Ein Dreißigstel klingt nicht nach einem riesigen Anteil, aber über die gesamte Population der weißen Zwerge im Universum hinweg ist das immer noch eine ganze Menge ungewöhnlich gefärbter Sterne", sagt Prof. Boris Gänsicke vom Physikdepartment der University of Warwick (sinngemäß übersetzt).

Warum das für Beobachtende zählt

Die Farbe im Spektrum entpuppt sich damit als Messgröße für die chemische Geschichte eines Sterns: Planetenmaterial, Zerfallsprodukte im Kern oder Misch-atmosphären aus Wasserstoff und Helium hinterlassen jeweils einen charakteristischen Farbabdruck. Wer weiße Zwerne am Nachthimmel durchmustert, sollte den Namen nicht als Farbbeschreibung lesen – die auffälligen Töne wären ohne die Rechnungen unsichtbar geblieben.

Was ist noch unklar

• Kein weißer Zwerg ist nah genug für eine direkte Prüfung mit dem Auge; alle Farbaussagen beruhen auf Spektren und Farbsehmodellen.
• Die Häufigkeit ungewöhnlicher Färbungen ist eine Hochrechnung von 151 Objekten aus der unmittelbaren Umgebung der Sonne auf die Gesamtpopulation.
• Der Anspruch "erster grüner Stern" beruht auf einer Literaturrecherche der Forschenden, nicht auf einer systematischen Suche nach weiteren Kandidaten.