Astronomowie po raz pierwszy dokonali pomiaru masy samotnego białego karła. Ten typ tlących się pozostałości gwiazdy formuje się na samym końcu cyklu życiowego gwiazd o niskiej masie. Jest to szczególnie interesujące, ponieważ taki będzie również koniec cyklu ewolucji naszego Słońca. Za około pięć miliardów lat zakończy swój żywot w formie jaką obecnie znamy i zapadnie się do formy białego karła.
Kosmiczny teleskop Hubble’a zmierzył masę białego karła o nazwie LAWD 37, który zakończył swój żywot ponad miliard lat temu. Podczas pracy naukowcy użyli fenomenu przewidzianego przez Einsteina już w 1915 roku. Chodzi o soczewkowanie grawitacyjne, które polega na zaginaniu światła przez obiekty o dużej masie. Zespół naukowy stwierdził w ten sposób, że LAWD 37 ma masę około 56% masy Słońca.
Odkrycie potwierdza nasze dotychczasowe przewidywania na temat powstawania i ewolucji tych gwiezdnych pozostałości. W tym konkretnym przypadku mogliśmy przeprowadzić dokładne badania, ponieważ obiekt znajduje się tylko 15 lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Muchy. O istnieniu karła LAWD 37 wiedzieliśmy już wcześniej. Dzięki niewielkiej odległości która nas od niego dzieli mogliśmy zebrać dużą ilość danych, przykładowo spektrum światła, jakie emituje. Jedyną informacją, jakiej nam do tej pory brakowało, jest jego masa.
Nie jest to pierwszy raz, kiedy naukowcy pochylają się nad tematem badania masy białych karłów. Już wcześniej udało się dokonać takich pomiarów, jednak tylko w układach podwójnych, w których karzeł i inna gwiazda orbitują wokół siebie nawzajem. Pomiary masy w takich układach wykonuje się z użyciem teorii grawitacji Newtona. Tego sposobu nie można jednak zastosować w przypadku samotnych karłów. Konieczne było opracowanie innej metody. Naukowcy wykorzystali w tym celu ogólną teorię względności Einsteina.
Interpretacja ogólnej teorii względności
Ogólna teoria względności opisuje grawitację jako zjawisko, w którym obiekty o dużej masie zniekształcają strukturę wszechświata. Im większa masa obiektu, tym większe „wgłębienie” tworzy. To założenie dobrze prezentuje popularny przykład z kocem, dużą kulą o większej masie i mniejszymi kulkami. Po położeniu na kocu kulki przez jakiś czas krążą na krawędzi, a następnie wpadają w dziurę wytworzoną przez większą kulę. Tak samo działa to w przypadku światła. Wyobrażmy sobie układ dwóch gwiazd, jedna z nich emituje promoeniowanie w zakresie fal widzialnych, druga jest przykładowo planetą orbitującą wokół tej gwiazdy. Światło lecące z gwiazdy po drodze na Ziemię przelatuje obok planety. Wpada w „zagłębienie” stworzone przez jej pole grawitacyjne co doprowadza do załamania toru jego ruchu. Zostaje w ten sposób zepchnięte ze swojej oryginalnej „trasy” i kiedy dociera na Ziemię dostarcza nam błędnych informacji o pozycji gwiazdy. Wydaje się przesunięta w stosunku do swojej rzeczywistej pozycji. Dokładnie takie zjawisko zostało wykorzystane podczas wykonywania pomiarów masy LAWD 37.
Wykorzystując tą metodę możemy uzyskać masę obiektu odbijającego, który powoduje ten efekt, mierząc, jak silnie jest odbijane światło, które obok niego przelatuje. Możemy uzyskać tą informację obserwując przesunięcie w pozycji obiektu emitującego światło w tle, jakie widać w stosunku do jego rzeczywistej, znanej nam pozycji. Ta metoda zawsze się sprawdza, niezależnie od tego, jak małe jest przesunięcie spowodowane załamaniem światła.
Podczas obserwacji wykonanych przez astronomów LAWD 37 pełnił rolę pierwszoplanowej soczewki. Nieznacznie odchylał światło podróżujące w jego stronę od gwiazdy, która znajdowała się za nim. Powodowało to, że jej obserwowalna pozycja była lekko przesunięta w stosunku do rzeczywistej. To pierwszy taki przypadek, kiedy udało się użyć tej metody do policzenia masy samotnego białego karła.
Jak tego dokonano?
Odkrycia udało się dokonać dzięki misji Europejskiej Agencji Kosmicznej, Gaia. Jej celem jest dokładne zmierzenie pozycji około 2 miliardów gwiazd. Użycie wielu zdjęć wykonanych podczas misji pozwoliło naukowcom przewidzieć ruch gwiazdy. Dzięki temu zespół naukowy mógł przewidzieć, że LAWD 37 przejdzie przed gwiazdą w tle w listopadzie 2019 roku. Dzięki tym przewidywaniom naukowcy użyli teleskopu Hubble’a, żeby zmierzyć zmiany w obserwowalnej jasności gwiazdy tła na przestrzeni lat. Podczas analizowania danych konieczne było również wyciągnięcie słabego światła gwiazd znajdujących się w tle z blasku LAWD 37, którego światło było około 400 razy silniejsze. Było to możliwe dzięki mocy teleskopu Hubble’a, który jest przystosowany do tak wysoko kontrastowych obserwacji w świetle widzialnym.
Korekta – Matylda Kołomyjec
