Astronomai stebi šviesos lenkimą aplink izoliuotą baltąją nykštukę

Astronomai tiesiogiai išmatavo mirusios žvaigždės masę, naudodami efektą, vadinamą gravitaciniu mikrolęšiu, kurį pirmą kartą numatė Albertas Einšteinas savo Bendrojoje reliatyvumo teorijoje, o prieš 100 metų pirmą kartą pastebėjo du Kembridžo astronomai.

Tarptautinė komanda, vadovaujama Kembridžo universiteto, naudojo dviejų teleskopų duomenis, kad išmatuotų, kaip tolimos žvaigždės šviesa linko aplink baltą nykštuką, žinomą kaip LAWD 37, todėl tolima žvaigždė laikinai pakeitė savo matomą padėtį danguje.

Tai pirmas kartas, kai šis efektas buvo aptiktas vienai, izoliuotai žvaigždei, išskyrus mūsų saulę, ir pirmą kartą buvo tiesiogiai išmatuota tokios žvaigždės masė. Rezultatai pateikiami Karališkosios astronomijos draugijos mėnesiniai pranešimai.

LAWD 37 yra baltoji nykštukė, tokios kaip mūsų žvaigždės mirties rezultatas. Kai žvaigždė miršta, ji nustoja deginti kurą ir išstumia išorinę medžiagą, palikdama tik karštą, tankią šerdį. Tokiomis sąlygomis medžiaga, kaip mes žinome, elgiasi labai skirtingai ir virsta elektronų išsigimusia medžiaga.

„Baltosios nykštukės suteikia mums užuominų apie žvaigždžių vystymąsi – kada nors mūsų pačių žvaigždė taps baltąja nykštuke“, – sakė pagrindinis autorius daktaras Peteris McGillas, atlikęs tyrimą baigdamas daktaro laipsnį. Kembridžo astronomijos institute. McGill dabar įsikūręs Kalifornijos universitete Santa Kruze.

LAWD 37 buvo plačiai ištirtas, nes yra gana artimas mums. Ši baltoji nykštukė yra už 15 šviesmečių Muskos žvaigždyne ir yra žvaigždės, mirusios maždaug prieš 1,15 mlrd.

„Kadangi ši baltoji nykštukė yra gana arti mūsų, turime apie ją daug duomenų – turime informacijos apie jos šviesos spektrą, tačiau trūkstama dėlionės dalis buvo jos masės matas“, – sakė McGillas. .

Masė yra vienas iš svarbiausių žvaigždės evoliucijos veiksnių. Daugumai žvaigždžių objektai, astronomai masę daro netiesiogiai, remdamiesi tvirtomis, dažnai nepatikrintomis modeliavimo prielaidomis. Retais atvejais, kai galima tiesiogiai numanyti masę, objektas turi turėti kompanioną, pvz., dvejetainę žvaigždžių sistemą. Tačiau pavieniams objektams, tokiems kaip LAWD 37, reikalingi kiti masės nustatymo metodai.

McGillas ir jo tarptautinė kolegų komanda sugebėjo panaudoti teleskopų porą – Europos kosmoso agentūros Gaia teleskopą ir Hablo kosminį teleskopą – kad gautų pirmąjį tikslų LAWD 37 masės matavimą, numatant, o paskui stebint pirmą kartą numatytą astrometrinį efektą. pateikė Einšteinas.

Savo bendrojoje reliatyvumo teorijoje Einšteinas numatė, kad kai masyvus kompaktiškas objektas praeina priešais tolima žvaigždėžvaigždės šviesa lenktųsi aplink priekinio plano objektą dėl jo gravitacinis laukas. Šis efektas žinomas kaip gravitacinis mikrolęšiavimas. Du britų astronomai – Arthuras Eddingtonas iš Kembridžo ir Frankas Dysonas iš Karališkosios Grinvičo observatorijos – 1919 m.pirmą kartą šį efektą aptiko per saulės užtemimą, kuris buvo pirmasis populiarus bendrosios reliatyvumo teorijos patvirtinimas. Tačiau Einšteinas buvo nusiteikęs pesimistiškai, kad toks poveikis kada nors bus aptiktas žvaigždėms už mūsų Saulės sistemos ribų.

Astronomai 2017 m aptikta šis gravitacinis mikrolęšių efektas kitai netoliese esančiai baltajai nykštukei dvejetainėje sistemoje Stein 2051 b, kuris pirmą kartą aptiko šį efektą žvaigždutei, kuri nėra mūsų Saulė. Dabar Kembridžo vadovaujama komanda aptiko LAWD 37 efektą, suteikdama pirmąjį tiesioginį vienos baltosios nykštukės masės matavimą.

Naudodami ESA palydovą Gaia, kuris kuria tiksliausią ir išsamiausią daugiamatį Paukščių Tako žemėlapį, astronomai sugebėjo nuspėti LAWD 37 judėjimą ir nustatyti tašką, kuriame jis lygiuos pakankamai arti foninės žvaigždės, kad galėtų aptikti objektyvo signalas.

Naudodamiesi „Gaia“ duomenimis, astronomai sugebėjo nukreipti Hablo kosminį teleskopą į reikiamą vietą tinkamu laiku, kad galėtų stebėti šį reiškinį, kuris įvyko 2019 m. lapkritį, praėjus 100 metų po garsiojo Eddingtono/Dysono eksperimento.

Kadangi fono žvaigždės šviesa buvo tokia silpna, pagrindinis astronomų iššūkis buvo išgauti objektyvo signalą iš triukšmo. „Šie įvykiai yra reti, o padariniai yra nedideli“, – sakė McGill. „Pavyzdžiui, mūsų išmatuoto efekto dydis prilygsta automobilio ilgiui Mėnulyje, žiūrint iš Žemės, ir yra 625 kartus mažesnis už efektą, išmatuotą 1919 m. saulės užtemimas“.

Ištraukę lęšio signalą, tyrėjai sugebėjo išmatuoti fono šaltinio astrometrinės deformacijos dydį, kuris atitinka baltosios nykštukės masę, ir gauti LAWD 37 gravitacinę masę, kuri yra 56% masės. mūsų saulė. Tai sutampa su ankstesnėmis teorinėmis LAWD 37 masės prognozėmis ir patvirtina dabartines baltųjų nykštukų raidos teorijas.

„LAWD 37 masės matavimo tikslumas leidžia mums patikrinti masės ir spindulio santykį baltieji nykštukai“, – sakė McGillas. – Tai reiškia, kad reikia išbandyti materijos savybes ekstremaliomis sąlygomis šios mirusios žvaigždės viduje.

Tyrėjai teigia, kad jų rezultatai atveria duris ateities įvykių prognozėms naudojant „Gaia“ duomenis, kuriuos galima aptikti naudojant kosmose veikiančias observatorijas, tokias kaip JWST, Hablo įpėdinį.

„Gaia tikrai pakeitė žaidimą – įdomu, kad naudojant Gaia duomenis galima numatyti, kada įvyks įvykiai, o paskui stebėti, kaip jie vyksta“, – sakė McGillas. “Mes norime ir toliau matuoti gravitacinį mikrolęšių efektą ir gauti masės matavimus daugeliui kitų žvaigždžių tipų.”