Масса одиночной звезды — белого карлика, впервые была измерена напрямую

Как измерить вес объекта на расстоянии? Вы можете определить расстояние до объекта и, следовательно, узнать его размер. Возможно, рассуждения о его плотности в конечном итоге привело бы к расчетному весу. Но это далеко не точные исследования, которые астрофизики хотели бы иметь, пытаясь понять вес звезд. Теперь впервые ученые определили вес далекой одиночной звезды, и они сделали это с помощью гравитационного линзирования.

Международная команда ученых использовала данные двух телескопов, чтобы измерить, как свет от далекой звезды преломляется вокруг белого карлика, известного как LAWD 37, в результате чего далекая звезда временно меняет свое видимое положение на небе.

Это первый раз, когда этот эффект был обнаружен для одиночной изолированной звезды, кроме нашего Солнца, и впервые была непосредственно измерена масса такой звезды.

LAWD 37 — белый карлик, появившийся в результате смерти звезды, подобной нашей. Когда звезда умирает, она перестает сжигать свое топливо и выбрасывает свой внешний материал, оставляя только горячее плотное ядро.

В этих условиях материя в том виде, в каком мы ее знаем, ведет себя совсем по-другому и превращается в нечто, называемое электронно-вырожденной материей.

LAWD 37 хорошо изучен, так как находится относительно близко к Земле. Этот белый карлик находится в 15 световых годах от нас в южном созвездии Мухи и является тем, что осталось от звезды, которая умерла около 1,15 миллиарда лет назад.

«Поскольку этот белый карлик находится относительно близко к нам, у нас есть много данных о нем — у нас есть информация о его спектре света, но недостающим элементом головоломки является измерение его массы», — говорят ученые.

Масса — один из важнейших факторов эволюции звезды. Для большинства звездных объектов астрономы определяют массу косвенно, полагаясь на сильные, часто непроверенные предположения моделирования.

В редких случаях, когда масса может быть определена напрямую, у объекта должен быть компаньон, например, это может быть в двойной звездной системе. Но для одиночных объектов, таких как LAWD 37, нужны другие методы определения массы.

Ученые использовали два телескопа — телескоп Gaia Европейского космического агентства и космический телескоп Хаббл — чтобы получить первое точное измерение массы LAWD 37, предсказав, а затем наблюдая астрометрический эффект, впервые предсказанный Эйнштейном.

В своей общей теории относительности Эйнштейн предсказал, что, когда массивный компактный объект проходит перед далекой звездой, свет от звезды будет преломляться вокруг объекта переднего плана из-за его гравитационного поля. Этот эффект известен как гравитационное микролинзирование.

В 1919 году два астронома — Артур Эддингтон из Кембриджа и Фрэнк Дайсон из Гринвичской обсерватории — впервые обнаружили этот эффект во время солнечного затмения, что стало первым подтверждением общей теории относительности. Однако Эйнштейн был настроен пессимистично по поводу того, что эффект когда-либо будет обнаружен для звезд за пределами Солнечной системы.

В 2017 году астрономы обнаружили эффект гравитационного микролинзирования у другого соседнего белого карлика в двойной системе, Stein 2051 b, что ознаменовало первое обнаружение этого эффекта для звезды, отличной от нашего Солнца. Теперь ученые обнаружили этот эффект у LAWD 37, сделав первое прямое измерение массы одиночного белого карлика.

Используя обсерваторию Gaia, которая создает наиболее точную и полную многомерную карту Млечного Пути, астрономы смогли предсказать движение LAWD 37 и определить точку, в которой он будет располагаться достаточно близко к фоновой звезде, чтобы обнаружить сигнал микролинзирования.

Используя данные Gaia, астрономы смогли направить космический телескоп Хаббл в нужное место в нужное время, чтобы наблюдать за этим явлением, которое произошло в ноябре 2019 года, через 100 лет после знаменитого эксперимента Эддингтона/Дайсона.

Поскольку свет от фоновой звезды был очень слабым, главной задачей астрономов было выделение сигнала линзирования из шума. «Эти события происходят редко, а их последствия незначительны», — сказал Питер МакГилл, автор исследования. «Например, размер нашего измеренного эффекта подобен измерению длины автомобиля на Луне, если смотреть с Земли, и в 625 раз меньше, чем эффект, измеренный во время солнечного затмения 1919 года».

После того, как они получили сигнал, исследователи смогли измерить размер астрометрического отклонения фонового источника, который масштабируется с массой белого карлика, и получить массу LAWD 37, которая составляет 56% массы Солнца. Это согласуется с более ранними теоретическими предсказаниями массы LAWD 37 и подтверждает современные теории эволюции белых карликов.

«Точность измерения массы LAWD 37 позволяет нам проверить соотношение массы и радиуса для белых карликов», — сказал Питер МакГилл. «Это означает проверку свойств материи в экстремальных условиях внутри этой мертвой звезды».

Исследователи говорят, что их результаты открывают дверь для прогнозов будущих событий с помощью данных Gaia, которые можно обнаружить с помощью космических обсерваторий, таких как телескоп Джеймс Уэбб.