Хаббл напрямую измерил массу одинокого белого карлика

Используя данные спутника ЕКА Gaia, исследователи с помощью «Хаббла» измерили массу одинокого белого карлика, находящегося на расстоянии 15 световых лет от нас. Для исследования использовалась техника гравитационного микролинзирования, которая использует оптический эффект, создаваемый гравитацией. Это первый случай, когда масса белого карлика была оценена напрямую, без косвенных выводов из бинарных систем.

Используя «Хаббл», астрономы впервые напрямую измерили массу изолированного белого карлика, остатка звезды, похожей на Солнце. Звезда, известная как LAWD 37, имеет массу, составляющую 56 процентов от массы Солнца.

До сих пор измерения массы белого карлика всегда проводились на основе бинарных систем. Наблюдая за движением двух звезд, можно было использовать ньютоновскую физику из орбитальной динамики, чтобы вывести их массу. Однако эти оценки могут быть неопределенными, если компаньон белого карлика находится на орбите с очень большим периодом в сотни или даже тысячи лет.

Теперь, благодаря «Хабблу», исследователи использовали технику гравитационного микролинзирования. Когда LAWD 37 проходил перед звездой на заднем плане, свет от этого далекого источника слегка отклонялся из-за гравитационной деформации пространства, создаваемой белым карликом на переднем плане.

Результаты открытия, координатором которого является Питер Макгилл из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, объясняют использование «Хаббла» для точного измерения того, как излучение далекой звезды огибает белый карлик.

Гравитационное микролинзирование

LAWD 37 — это звездный остаток звезды, горение которой продолжалось до 1 миллиарда лет назад. Она находится всего в 15 световых годах от Земли, в созвездии Мухи, и, будучи очень близкой к нам, мы имеем много информации о ее электромагнитном спектре. Недостающим элементом головоломки была точная оценка ее массы. То, что теперь стало возможным благодаря «Хабблу».

Кайлаш Саху из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд, уже использовал микролинзирование в 2017 году для измерения массы другого белого карлика, Stein 2051 B. Однако эта звезда находилась в бинарной системе, тогда как LAWD 37 совершенно одинока.

На диаграмме ниже показано, как микролинзирование было использовано для измерения массы LAWD 37. Вставка объясняет момент, когда белый карлик прошел перед звездой на заднем плане в 2019 году. Волнистая синяя линия отслеживает видимое движение белого карлика в небе, как видно с Земли. Хотя она движется по прямой траектории, движение Земли по орбите вокруг Солнца придает ей видимость синусоиды из-за параллакса: звезда находится всего в 15 световых годах от нас, поэтому она движется с большей скоростью, чем звездный фон.

Еще одно подтверждение возможностей Хаббла

Когда она проходила перед звездой на заднем плане, гравитационное поле LAWD 37 деформировало окружающее пространство. Это отклонение было точно измерено Хабблом, который определил массу белого карлика, равную 56 процентам от массы нашего Солнца. Полученный результат также дает представление о теориях, касающихся структуры и состава белых карликов.

Этот конкретный белый карлик был выбран из данных космической обсерватории Gaia ЕКА, которая проводит высокоточные измерения миллиардов звездных позиций. На основе этих данных астрономы смогли предсказать, что LAWD 37 пройдет перед звездой на заднем плане в ноябре 2019 года.

Следовательно, Хаббл был использован для точного измерения того, как временно изменялось видимое положение фоновой звезды на небе во время прохождения белого карлика. Это стало возможным только благодаря высокому разрешению телескопа, и Макгилл сказал: «Такие события редки, а их последствия крошечны. Размер измеренного нами смещения подобен измерению длины автомобиля на Луне, если смотреть с Земли«.

Будущие наблюдения с помощью аппарата Уэбб

Поскольку свет звезды на заднем плане был настолько слабым, основной задачей астрономов было извлечь ее изображение из свечения белого карлика, который в 400 раз ярче звезды на заднем плане. Только «Хаббл» может проводить такие высококонтрастные наблюдения в видимом свете.

Помимо «Хаббла», эти выравнивания теперь можно обнаружить с помощью аппарата «Джеймс Уэбб». Поскольку Уэбб работает в инфракрасном диапазоне длин волн, голубое свечение белого карлика на переднем плане кажется более тусклым в инфракрасном свете, а звезда на заднем плане — более яркой.

Основываясь на предсказательных способностях Gaia, исследователи в настоящее время наблюдают другой белый карлик, LAWD 66, с помощью аппарата Уэбб. Первое наблюдение было сделано в 2022 году. Дополнительные наблюдения запланированы на 2024 год. «Мы хотим продолжить измерения эффекта гравитационного микролинзирования и получить измерения массы для гораздо большего числа типов звезд«, — пояснил Макгилл.