Les étoiles peuvent avoir différentes couleurs, de rougeâtre àbleuâtremais il y a des couleurs qu'on ne voit jamais dans les étoiles, notamment les vert ou la alto. Cela n’est pas tant dû aux propriétés physiques des étoiles elles-mêmes, mais plutôt au fonctionnement de nos yeux, et notamment aux couleurs auxquelles sont sensibles les récepteurs de notre rétine.
Nous pouvons observer les différentes couleurs des étoiles même à l'œil nu : par exemple, en regardant le constellation d'Orion Nous verrons Bételgeuse (en haut à gauche dans notre hémisphère) de couleur rouge, tandis que Rigel (en bas à droite) brille d’une couleur bleu profond. D’autres étoiles nous apparaissent orange, blanches ou jaunes. La couleur d'une étoile dépend principalement de sa température superficielle: plus la température est élevée, plus l'étoile deviendra bleue ; au contraire, plus la température est basse, plus la couleur sera proche du rouge.
À la base des différentes couleurs des étoiles se trouve la nature de la lumière, une onde électromagnétique qui peut prendre des longueurs d’onde très différentes. Notre œil n’est sensible à la lumière que dans une gamme de longueurs d’onde – appelées spectre visible – assez étroit, entre 400 et 750 nanomètres, et interprète différentes longueurs d'onde comme différentes couleurs. Un rayon de lumière d'une longueur d'onde de 750 nanomètres nous apparaîtra rouge, et à mesure que la longueur d'onde diminue, nous verrons le rouge se transformer en toutes les couleurs de l'arc-en-ciel, de l'orange au jaune, au vert, au bleu, à l'indigo et enfin le violet, correspondant à des rayons lumineux d'une longueur d'onde d'environ 400 nanomètres.
Comme mentionné précédemment, la couleur des étoiles dépend de leur température de surface. Cela ne signifie pas pour autant que les étoiles n’émettent qu’une seule longueur d’onde : les étoiles ne sont pas monochromatiques ! En réalité, ils produisent de la lumière de toutes les longueurs d'onde, visibles et invisibles, avec une intensité qui dépend d'une fonction appelée courbe du corps noir (ou Courbe de Planck), dont le pic d'émission (c'est-à-dire la longueur d'onde la plus émise) dépend de la température. Plus la surface de l’étoile est chaude, plus la longueur d’onde du pic est courte, qui va donc se décaler vers le bleu. A l’inverse, les étoiles dont la température de surface est plus basse auront un pic décalé vers le rouge, qui deviendra donc la couleur dominante de ces étoiles. Le Soleil, par exemple, a une température de surface d'environ 5500°C et a donc son émission maximale approximativement au centre du spectre visible. (Ce n'est pas une coïncidence : nos yeux ont évolué précisément pour capter la lumière du soleil là où elle est la plus intense !)
Ainsi, en faisant varier la température d’une étoile, son pic « coule » à travers toutes les couleurs du spectre visible. Mais alors pourquoi ne voyons-nous pas d'étoiles vertes et d'étoiles violettes ? Notre œil perçoit les couleurs grâce à ce qu'on appelle des récepteurs cônes, dont il existe trois types : nous avons ceux sensibles au rouge, au vert et au bleu. Les étoiles dont la température de surface est d'environ 7 000 °C émettent de la lumière avec une intensité maximale dans les longueurs d'onde correspondant au vert. Mais le vert est au milieu du spectre visible, ces étoiles émettront donc également de grandes quantités de lumière rouge et bleue. Nos cônes percevront donc un rayonnement vert intense, ajouté à la lumière rouge et bleue en quantités très similaires. La couleur résultant de la somme des trois signaux est la blanc, et donc nous verrons une étoile blanche. Le Soleil nous apparaît jaune lorsqu'il est vu de la surface de la Terre, mais comme son pic d'émission est proche du vert, si nous pouvions l'observer en dehors de l'atmosphère, il apparaîtrait d'un blanc intense, comme le démontrent par exemple les photographies prises par la Station spatiale internationale. .
Et qu'en est-il du violet ? Si on n'observe pas d'étoiles de cette couleur c'est parce que nous percevons le violet lorsque les récepteurs du rouge et du bleu sont activés en même temps. Mais comme mentionné précédemment, le rouge et le bleu se situent aux extrémités du spectre visible, donc une étoile ne peut pas atteindre son apogée dans les deux couleurs. Les étoiles très chaudes ont un pic d'émission dans les longueurs d'onde violettes, qui active cependant principalement les cônes sensibles au bleu. Le résultat est que ces étoiles nous apparaîtront bleues.
Pourquoi n'observons-nous pas d'étoiles vertes ou violettes ?