Вперше виміряна маса самотньої «мертвої зірки»

Астрономи вперше виміряли масу самотньої білої карликової зірки. Цей тип тліючих залишків зірок утворюється наприкінці життя зірок з малою масою і буде тим, що залишить сонце, коли помре приблизно через 5 мільярдів років. Космічний телескоп Hubble виміряв масу білого карлика під назвою LAWD 37, який згорів понад 1 мільярд років тому. 

У своїй роботі вчені використали явище, яке вперше передбачив у 1915 році Альберт Ейнштейн під назвою «гравітаційне лінзування», яке включає викривлення світла об’єктами великої маси. Команда встановила, що LAWD 37 має масу приблизно на 56% від маси Сонця. Знахідка підтверджує сучасні теорії про те, як ці зіркові залишки формуються та еволюціонують. Цей конкретний білий карлик добре вивчений, тому що він знаходиться відносно близько до Землі, лише на відстані 15 мільйонів світлових років від нас у сузір’ї Муска.

«Оскільки цей білий карлик знаходиться відносно близько до нас, у нас є багато даних про нього — ми маємо інформацію про його спектр світла, але відсутня частина головоломки — це вимірювання його маси», — Пітер Макгілл, астроном з Каліфорнійського університету в Санта-Крус, який керував дослідженням, йдеться в заяві.

Це перший випадок, коли астрономи обчислили масу самотнього білого карлика, але раніше вони проводили подібні вимірювання для білих карликів у подвійному партнерстві з іншими зірками.

У парах астрономи можуть отримати вимірювання маси, застосувавши теорію гравітації Ньютона до руху двох зірок, що обертаються одна проти одної. Однак це може бути невизначеним процесом, особливо якщо зірка-компаньйон має довгу орбіту в сотні чи тисячі років. Щоб виміряти масу цієї однотонної зірки, дослідники звернулися до формулювання гравітації Ейнштейна, його загальної теорії відносності. 

Як Ейнштейн допоміг виміряти мертву зірку

Загальна теорія відносності припускає, що об’єкти великої маси «деформують» саму тканину простору-часу. Чим більша маса, тим більшу «вм’ятину» в просторі вона створює. Коли світло від фонового об’єкта проходить через цю деформацію, воно відхиляється, ефект, який може посилити світло або навіть змусити фоновий об’єкт з’являтися в кількох місцях одночасно. Однак частіше викривлення спричиняє зсув у видимому положенні фонового об’єкта.

Масу об’єкта лінзування, що спричиняє ефект, можна отримати, вимірявши, наскільки сильно світло відхиляється, і, отже, зміну положення, яке це викликає, коли астрономи дивляться на об’єкт фону. Це правда, навіть якщо цей зсув невеликий, як це відбувається в подіях мікролінз, таких як той, що стосується цього конкретного білого карлика.

У нових спостереженнях LAWD 37 діяв як гравітаційна лінза на передньому плані, трохи відхиляючи світло, що проходило повз неї від фонової зірки, і зміщуючи її положення на небі. Це зміщення в положенні дозволило Макгіллу та команді виміряти масу LAWD 37. Дослідники використовували подібний процес, щоб визначити масу іншого білого карлика в 2017 році, але цей залишок зірки був у подвійній системі, а не одиночній мертвій зірці, як ЗАКОН 37.

Макгілл і його колеги змогли відточити LAWD 37 завдяки місії Gaia Європейського космічного агентства , яка точно вимірює положення приблизно 2 мільярдів зірок. Використання кількох зображень Gaia дозволяє астрономам відстежувати рух зірки, тому команда могла передбачити, що LAWD 37 пройде перед фоновою зіркою в листопаді 2019 року. Озброївшись цим передбаченням, вчені використовували Хаббл протягом кількох років, щоб виміряти зміну видимого положення фонової зірки, коли білий карлик проходив перед нею. 

«Ці випадки рідкісні, а наслідки незначні», — сказав Макгілл. «Наприклад, розмір нашого виміряного зсуву схожий на вимірювання довжини автомобіля на Місяці, якщо дивитися з Землі».

Команді також довелося виділити слабке світло фонових зірок із відблисків LAWD 37, які були приблизно в 400 разів яскравішими. На щастя, Хаббл достатньо потужний, щоб здійснювати такі висококонтрастні спостереження у видимому світлі.

«Навіть якщо ви визначили таку подію один на мільйон, все одно надзвичайно важко зробити ці вимірювання», — сказав Лей Сміт, астроном з кембридзького університету у Великобританії та співавтор дослідження. у заяві. «Відблиски від білого карлика можуть спричинити смуги в непередбачуваних напрямках, а це означає, що нам довелося надзвичайно ретельно проаналізувати кожне зі спостережень Хаббла та їх обмеження, щоб змоделювати подію та оцінити масу LAWD 37».