赵景昆解读绿色白矮星：颜色靠模型算出，并非肉眼所见

中国科学院国家天文台研究员赵景昆近日接受《思想大爆炸——对话科学家》栏目第167期访谈。

嘉宾简介：

赵景昆是国家天文台研究员，研究恒星光谱分析、银河系结构与化学演化以及白矮星。他基于巡天数据发现过新的星流，首次从观测上证实白矮星质量损失与金属丰度存在较强相关性，并建立了恒星色球活动与年龄的关系。

划重点：

1.这项研究第一次明确识别出具有绿色视觉色度的白矮星，WD J1330+6435是颜色较鲜明的代表，不过这颗天体此前已被发现过。

2.WD J1330+6435大气密度高，原子碰撞让钠吸收线强烈展宽，黄橙红光被削弱，钙又压制了紫光一侧的辐射，整体视觉颜色因此偏向绿色。

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说到星空，人们想到的往往是温暖的金黄、清冷的银白或炽热的红。宇宙深处，其实还可能存在绿色的星星。

英国华威大学的天文学家近期在《皇家天文学会：技术与仪器》期刊上发表研究，把恒星光谱与人眼色觉模型结合起来，识别出首颗预计在人眼看来呈绿色的白矮星WD J1330+6435。

研究显示，白矮星大气密度极高，能明显改变部分元素的光谱吸收特征，让一些白矮星呈现绿色、粉色、紫色、黄色和青色等不同于普通恒星的颜色。

这些白矮星为什么会呈现意想不到的颜色？观测流程怎么走？下一步观测什么？围绕这些问题，中国科学院国家天文台研究员赵景昆接受了访谈。

银河系第一颗“绿”色白矮星的发现

赵景昆说，刚看到这个结果时并不意外，这颗天体此前就有人研究过，这次的新意在于识别视觉颜色。研究首次明确识别出具有绿色视觉色度的白矮星，WD J1330+6435是其中颜色比较鲜明的代表。

赵景昆补充说：“不过，这里说的‘人眼看来’，是根据光谱及大气模型，在标准明视觉条件下进行色度计算，而并不是地面肉眼看到了绿色星点。”

论文还列出WD J0851+1543和WD J1351+2645两个绿色较淡的对象，前者的绿色判断有较高信噪比（信号强度与噪声强度之比）光谱支持。所以“第一颗”不能理解为“唯一一颗”。

白矮星这个名字容易让人以为它们外观是白的，其实“白矮星”指由电子简并压支撑的致密恒星遗迹，外观未必是白色。它们形成之初温度较高，之后逐渐冷却，颜色本来就会变化。

赵景昆举了个例子：“白矮星光谱一般表现为连续谱，连续辐射的整体分布由温度决定——温度高时蓝光成分更强，看上去就偏淡蓝；等它冷却下来，颜色会慢慢转向暖白或者橙色，最冷的情况下则偏红。”

绿色一般很少见，WD J1330+6435因此是比较特殊的例子，但这不意味着白矮星颜色谱系要“系统重写”。

为什么白矮星会发出意想不到的颜色？

赵景昆解释说：“钠原子有一条著名的D双线，位置在约589纳米，对应电子从3s态跃迁到3p态。在普通稀薄气体里，这条线形成的吸收线相对较窄；可要是换成以氦为主的稠密大气，周围氦原子带来的扰动会改变跃迁能量与跃迁概率，吸收线于是被撑得很宽，线翼还可能不对称。”

WD J330+6345这颗白矮星大气密度高，原子碰撞多，钠吸收线被强烈展宽，钠削弱了黄橙红一带的出射光，钙又压低了紫光一侧，可见光的相对分布就偏向绿色。

赵景昆接着说：“这是整段出射光谱经过吸收和辐射转移重新分配之后的结果，跟钠像霓虹灯那样发出绿色荧光不是一回事。至于看上去绿不绿，说到底还得看人眼三类视锥细胞对整段光谱怎么综合响应。”

那么，此前是否也有白矮星颜色异常，只是没被系统解读为“绿色”？

赵景昆表示：“这种可能完全存在，况且在这次研究之前，该目标就已经做过光谱分析。只是以往研究者更关注温度、元素丰度和行星残骸的来源，一般给出的是光谱曲线或测光色指数，未必会把它们换算成人眼感知到的色调。”

赵景昆还强调，要把“颜色异常”与“人眼感觉绿色”这两个概念区分开。

天文学里的测光颜色是不同滤光片中星等之差，不等于视觉颜色名称。把已有光谱放进统一的色觉框架，是这项研究很有启发性的部分。约1 g/cm³指最冷白矮星可能达到的大气密度量级，不能理解为所有白矮星大气都如此，更不能与白矮星内部的平均密度混淆。

温度、氢氦比例等因素共同决定恒星呈现何种颜色。

说回WD J1330+6435本身。它的温度在4000摄氏度上下，算是一颗偏冷的白矮星。假如温度再低一点或再高一点，钠、钙、锂的吸积情况不变，颜色会朝哪个方向走？会不会存在一个“绿色窗口”，只有温度与化学成分凑成特定组合才能落进去？

赵景昆的解释是，从物理上推，成分和重力接近时，温度升高会牵动电离平衡、大气密度和谱线强度；温度降低则让连续辐射往长波方向挪，分子形成和碰撞吸收也跟着变。两个方向都可能把它带离眼下这块绿色区域，但不好一口咬定“更冷必红、更热必蓝”。

赵景昆说：“我更愿意把‘绿色窗口’看成一片参数区域——温度、氢氦比例、表面重力，加上钠、钙等元素的丰度，共同圈定它，而非某个固定的温度区间。要划出窗口的边界，得算成组的大气模型，还得把参数误差传播进去；以现有结果，还拿不出普适数值。”

这颗星身上的钠、钙、锂，一般认为来自它吞掉的岩石质行星碎片。靠白矮星大气倒推被吞噬物质的成分，已是研究太阳系外岩石组成比较成熟的路子。白矮星重力强，钠、钙这类元素会慢慢往下沉，所以在一颗冷白矮星大气里撞见它们，通常说明它吸积了行星系统留下的残骸。

测出元素丰度的比例，再把沉降和对流混合算进去，就能判断吸积物是否带有地壳、地幔那样的成分特征。元素组成这一层相对靠得住；可要认定它具体来自哪种行星结构，还得靠多种元素一起作证。

WD J1330+6435的大气依然以氦为主，不过它的锂也有特别之处，主要体现在锂对钠、钙的比例偏高。

2026年的更新模型算出的锂钙原子数比约为1.6%，比太阳系原始岩石常用的参照值（CI球粒陨石中的相应比例）要高。但这只是目前大气里的比例，不同元素沉降快慢不一，得把这些差异考虑进去，才能倒推原始岩石组成。

相对富锂这个特征，或许说明被吞掉的东西不一般。锂在岩石熔融和分异时容易往地壳里富集，早先的研究据此提出过行星地壳碎片的说法。可这不是唯一解释：这个古老行星系统形成时，原始物质里锂和其他元素的比例若本来就与太阳系不同，同样能造出类似现象。

赵景昆表示：“后来研究得出的看法是，目前的丰度测量还不足以把这些解释区分开。所以只能说，它给特殊行星物质的存在提供了线索，却不能确认其吞噬了行星地壳；下一步判断的关键，在于对锂、钾等元素做更精确的测量。”

同一项研究还提到几条规律：“最红”的白矮星WD J1011+2845，富含碳的白矮星呈粉紫色，吸积小行星和彗星物质的白矮星偏黄色。这种“颜色-化学类型”的对应，能不能长成一种快速分类工具？

赵景昆认为，拿它做初筛线索是可以的，尤其适合把多波段测光、Gaia距离和已有的低分辨率光谱拼在一起，去找偏离普通白矮星序列的目标，再用光谱确认钙、钠、碳等特征，弄清背后的物理原因。

但他强调，“一种颜色对应一种污染类型”不是一一映射。同样的成分，温度和氢氦比例一变，颜色可能就不同；不同的物理过程，也能给出相近的颜色。碳丰富还可能是内部物质被对流带到了表面，未必是外来行星污染。粉紫色和黄色能帮忙筛候选体，单凭颜色却定不了吞噬的是哪类天体。

关键的一环在光谱验证。

研究挑了距离地球65光年以内的151颗已知白矮星，用的是分辨率较高的光谱和人类色觉模型。赵景昆把流程概括成：“先测出星光在不同波长上的强弱，再计算这些光在人眼中会呈现什么颜色。”

第一步靠距离信息定样本，收集覆盖可见光波段的光谱和多波段测光数据，校准仪器响应，必要时修正地球大气和星际尘埃的影响。接着把观测数据与白矮星大气模型对照，定出温度、表面重力和大气成分，再看模型能不能同时解释光谱和各波段的亮度。

再往下，按国际照明委员会那套描述人眼平均颜色响应的标准，对不同波长的光做加权计算，得出描述颜色的三个数值，转成屏幕能显示的颜色。这么来的颜色有光谱数据撑着，但屏幕再现不了近距离看恒星时的真实亮度。

有件事得说清楚：151颗白矮星是拿来做近邻统计分析的样本，研究另外还看了一些光谱特殊的目标。研究人员是把已有观测数据和大气模型合起来用，并不是给这151颗星全拍了新的高分辨率光谱。颜色计算的关键，在于准确测出不同波长之间的相对光强；光谱分辨率高，算出的颜色未必就更准。

赵景昆看来，近期最要紧的一步，是做一次独立、可靠的光谱验证：拿到覆盖可见光、流量校准良好的高信噪比数据，配上近同时测光，看看颜色对观测误差和时间变化有多敏感。

他说：“理论上，连续谱、钠钙锂等谱线和宽波段测光，要用同一套模型一起解释，重点检验的是高密度氦环境下谱线展宽和其他不透明度。再往下，可以算出颜色随温度、成分和重力变化的网格，靠巡天去找更多相似目标。”

赵景昆的研究方向主要是恒星光谱、银河系结构与化学演化，以及白矮星等。团队拿巡天数据去找运动与化学组成相关的恒星群体，追踪银河系的形成历史；借双星中的白矮星及其伴星，把恒星年龄、初始成分和演化后的质量串起来；恒星色球活动与年龄的关系，则提供了另一种时间尺度。

下一步，赵景昆想继续把巡天样本和精细光谱研究往一块儿拧：一边用更可靠的参数和年龄研究银河系恒星种群，一边结合白矮星及双星样本，检验恒星演化模型与初始-最终质量关系。对那些大气成分特殊的白矮星，团队也会观测加模型，摸一摸其行星系统的演化历史。