[Перевод] Почему останки звёзд бывают зелёными

Одно прикосновение природы содеет родственным весь мир
— Уильям Шекспир

В январе 2006 года космический телескоп им. Хаббла, оснащённый величайшей из всех когда-либо созданных камер-телескопов, получил это подробное изображение шарового скопления NGC 1846.

Щёлкательно

Как и большинство шаровых скоплений, оно представляет собой плотную группу из нескольких сотен тысяч звёзд, находящуюся в примерно сферическом регионе размером всего в несколько световых лет. Но в отличие от большинства известных нам скоплений, это расположено не в нашей галактике, а в 160 000 световых лет от нас, на задворках Большого Магелланового облака.

И, как и все знакомые нам скопления, оно содержит звёзды большого ассортимента допустимых цветов: от горячих голубых звёзд, до более холодных жёлтых, оранжевых, и самых холодных, красных. Но если вы присмотритесь, то увидите нечто, что должно вас сильно удивить: зелёный объект.

И это должно вас насторожить, поскольку зелёных звёзд не существует! И хотя астрономическим объектам часто придают ложные цвета, чтобы увеличить контраст и их видимость, это не тот случай – объект действительно зелёный.

Что же происходит? Хотите – верьте, хотите – нет, если мы хотим разобраться в этом, нам нужно сначала совершить облёт Земли.

На видео вы заметите города, облака, океаны, материки – и иногда красивейшее северное сияние. Но обратите внимание на атмосферу на горизонте в те моменты, когда там нет сияния. Вы увидите зеленоватую дымку (с небольшой примесью красного), известную, как собственное свечение атмосферы.

Что служит её причиной? Оказывается, остывание атомов кислорода на ночной стороне планеты. С МКС так выглядела атмосфера во время возвращения последнего шаттла Атлантис на Землю.

Как это удаётся остывающему кислороду? Как и у всех атомов и молекул, у кислорода есть большой набор энергетических уровней, на которых могут жить электроны. Когда ультрафиолет от солнца сталкивается с атомами кислорода, некоторые фотоны оказываются как раз нужной длины волны, чтобы возбудить электроны и поднять их на высшие уровни, а иногда даже частично ионизировать атомы.

Но когда источник ультрафиолета ночью исчезает, затмеваемый Землёй, возбуждённые электроны спускаются вниз через разрешённые энергетические уровни, и испускают большой набор фотонов с определёнными длинами волн.

Об этом физическом процессе вы наверняка слышали, даже если и не узнали его по описанию: флюоресценция. Для каждого атома или молекулы кислорода во Вселенной эти длины волн одинаковы, ибо все они определены законами квантовой физики.

И как же выглядит спектр излучения кислорода?

У атомного кислорода, поглощающего ультрафиолет, самое сильное излучение происходит на длине волны в 558 нм – высокая зелёная линия на графике.

И, конечно, не случайно именно такую длину волны имеют зелёные «гало», возникающие вокруг умирающих или недавно умерших звёзд, иногда встречающихся нам в планетарных туманностях. Посмотрите на NGC 7009.

Встречаются и разные другие цвета, поскольку кислород – не единственный присутствующий в планетарных туманностях элемент. Но когда его много, его зелёное свечение невозможно спутать ни с чем, как это видно и по изображению NGC 6826.

Конечно, не у всех планетарных туманностей есть такие сильные признаки кислорода. У кого-то их нет, как у туманности Кольцо (слева), а у кого-то они есть, как у туманности Гантель, справа, у которой есть смесь кислорода и водорода.

Так что, увидев такое зелёное свечение, исходящее от объекта, выглядящего, как рассеянная звезда, вы будете знать, что это такое. Это не звезда, это кислород, сброшенный с внешних слоёв звезды, похожей на наше Солнце, и сжёгшей последнее своё горючее. Проникающий сквозь туманность ультрафиолет возбуждает электроны в атомах кислорода, и когда они возвращаются в обычное состояние, то испускают это зелёное свечение в процессе флюоресценции.

Именно это мы и наблюдаем с расстояния в 160 000 световых лет. Наслаждайтесь ярким зелёным свечением, появившимся за пределами нашей галактики, и знайте, что когда-нибудь, в далёком будущем, наше Солнце будет выглядеть очень похоже. Зелёный цвет сразу выдаёт, что это не звезда; кислородное гало говорит о том, что когда-то это было звездой.