Хаббл уперше визначив масу самотнього білого карлика

Астрономи за допомогою космічного телескопа Хаббл вперше безпосередньо виміряли масу одного ізольованого білого карлика – вцілілого ядра згорілої зірки, схожої на Сонце.

Дослідники виявили, що білий карлик становить 56 відсотків маси нашого Сонця. Це узгоджується з попередніми теоретичними прогнозами щодо маси білого карлика та підтверджує сучасні теорії про те, як білі карлики еволюціонують як кінцевий продукт еволюції типової зірки. Унікальне спостереження дає змогу зрозуміти теорії структури та складу білих карликів.

Вимірювання маси через гравітаційне лінзування

Досі попередні вимірювання маси білих карликів були отримані зі спостережень білих карликів у подвійних зоряних системах. Спостерігаючи за рухом двох зірок на одній орбіті, можна використати просту фізику Ньютона для вимірювання їхніх мас. Однак ці вимірювання можуть бути невизначеними, якщо зірка-компаньйон білого карлика перебуває на орбіті з довгим періодом у сотні чи тисячі років. Орбітальний рух можна виміряти за допомогою телескопів лише на короткому зрізі орбітального руху карлика.

Для цього білого карлика, який не має компаньйона, дослідникам довелося застосувати хитрість природи, яка називається гравітаційним мікролінзуванням. Світло від фонової зірки було трохи відхилене через гравітаційне викривлення простору карликовою зіркою переднього плану. Коли білий карлик проходив перед фоновою зіркою, мікролінзи призвели до того, що зірка виглядала тимчасово зміщеною від свого фактичного положення на небі.

Макгілл використовував Хаббл, щоб точно виміряти, як світло від далекої зірки огинається навколо білого карлика, відомого як LAWD 37, змушуючи фонову зірку тимчасово змінити своє видиме положення на небі.

Самотній білий карлик LAWD 37

Кайлаш Саху з Наукового інституту космічного телескопа в Балтіморі, штат Меріленд, головний дослідник Хаббла в цьому останньому спостереженні, вперше використав мікролінзи в 2017 році для вимірювання маси іншого білого карлика, Stein 2051 B. Але цей карлик перебуває у далеко відокремленій подвійній системі.

«Наше останнє спостереження дає новий орієнтир, тому що LAWD 37 сам по собі», — сказав Саху.

Колапсовані залишки зірки, яка згоріла 1 мільярд років тому, LAWD 37, були ретельно вивчені, оскільки вона знаходиться лише в 15 світлових роках 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 відсутньою частиною головоломки є вимірювання його маси», – зазначив Макгілл.

Команда зосередилася на білому карлику завдяки космічній обсерваторії ESA Gaia, яка робить надзвичайно точні вимірювання положення майже 2 мільярдів зірок. Кілька спостережень Gaia можна використовувати для відстеження руху зірки. На основі цих даних астрономи змогли передбачити, що LAWD 37 ненадовго пройде перед фоновою зіркою в листопаді 2019 року.

Можливості Хаббла

Коли це стало відомо, Хаббл використовувався для точного вимірювання протягом кількох років того, як видиме положення фонової зірки на небі тимчасово відхилялося під час проходження білого карлика.

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

Оскільки світло фонової зірки було настільки слабким, головним завданням для астрономів було отримати його зображення з відблисків білого карлика, який у 400 разів яскравіший за фонову зірку. Тільки Хаббл може робити такі висококонтрастні спостереження у видимому світлі.

«Точність вимірювання маси LAWD 37 дозволяє нам перевірити співвідношення маси і радіуса для білих карликів, — сказав Макгілл. – Це означає перевірку теорії виродженої матерії (газу, настільки сильно стиснутого під дією гравітації, що він поводиться більше як тверда речовина) в екстремальних умовах усередині цієї мертвої зірки».

Перспективи з Gaia та Веббом

Дослідники кажуть, що їхні результати відкривають двері для прогнозів майбутніх подій за допомогою даних Gaia. На додаток до Хаббла, ці вирівнювання тепер можна виявити за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба. Оскільки Вебб працює на інфрачервоних довжинах хвиль, блакитне світіння білого карлика на передньому плані виглядає тьмянішим в інфрачервоному світлі, а фонова зірка виглядає яскравішою.

Завдяки передбачуваним можливостям Gaia Саху спостерігає ще одного білого карлика, LAWD 66, за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба. Перше спостереження було зроблено в 2022 році. Інші спостереження будуть прийняті як піки відхилення в 2024 році, а потім підуть на спад.

«Gaia дійсно змінила гру – це захоплююче мати можливість використовувати дані Gaia, щоб передбачити, коли події відбудуться, а потім спостерігати за тим, як вони відбуваються, – зазначив Макгілл. – Ми хочемо продовжити вимірювання ефекту гравітаційних мікролінз і отримати вимірювання маси для багатьох інших типів зірок».

Дивіться огляди: