Meghatározták egy magányos fehér törpe tömegét a gravitációs tere által eltérített fény mérésével

6002

Sikerült közvetlenül meghatározni egy fehér törpe tömegét a gravitációs mikrolencsehatás segítségével. A Cambridge-i Egyetem kutatói által vezetett nemzetközi csapat két távcsővel mérte ki, hogy hogyan hajlik meg a LAWD 37 jelű fehér törpe egyik háttércsillagának fénye. A mikrolencsézés miatt a távoli csillag látszó elhelyezkedése átmenetileg megváltozik az égbolton. Ez az első alkalom, hogy ezt egyetlen, különálló csillag esetében sikerült megfigyelni (a Napunkon kívül), valamint először sikerült közvetlenül kimérni egy ilyen csillag tömegét is. Az eredményeket részletező cikket az MNRAS tudományos lapban publikálták.

A LAWD 37 fehér törpéről készített HST F814W-sávú felvételek. A jobb oldali képeken a fehér törpecsillag a jobbról balra elmozduló, telített rész, míg a háttércsillag középtájt látható, kékkel bekarikázva. (Forrás: McGill et al., 2023)

A LAWD 37 fehér törpe egy a mi Napunkhoz hasonló csillag végállapota. Mikor a csillag élete végéhez ér, fokozatosan ledobja külső rétegeit és csak egy forró, sűrű mag marad vissza utána. A fehér törpék belsejében uralkodó körülmények közt az általunk ismerttől eltérően viselkedik az anyag, ún. elektron-degenerált anyaggá alakul. A LAWD 37 csillagot többször tanulmányozták már korábban is, mivel elég közel található hozzánk (kb. 15 fényév távolságra a Légy (Musca) csillagképben), viszont eddig még nem mérték ki a tömegét.

Egy csillag fejlődését főként a kezdeti tömege határozza meg. A legtöbb égi objektum esetében a tömeget indirekt módszerekkel lehet meghatározni, olykor modellszámításokra alapozva. Vannak ritka esetek, mikor a tömeg közvetlenül is meghatározható, például kettőscsillagok esetében. A LAWD 37-hez hasonló egyéni objektumok megfigyelésekor viszont más módszerekre van szükség a tömeg meghatározásához.

Peter McGill és kutatócsoportja az Európai Űrügynökség (ESA) Gaia űrszondája, valamint a Hubble-űrteleszkóp méréseinek segítségével először határozta meg pontosan a LAWD 37 fehér törpe tömegét a gravitációs mikrolencsézés jelenségének előrejelzésével, majd megfigyelésével. Einstein általános relativitáselmélete megjósolja, hogy amikor egy nagy tömegű objektum elhalad egy távoli háttércsillag előtt, a háttércsillag fénye meghajlik az előtér objektuma körül a gravitációs vonzása miatt. A jelenséget gravitációs mikrolencsézésnek nevezzük, először pedig 1919-ben Arthur Eddington és Frank Dyson csillagászok figyelték meg egy napfogyatkozás során. Einstein viszont nem bízott benne, hogy a hatást valaha sikerül megfigyelni a saját Naprendszerünkön kívüli csillagok esetében is.

A gravitációs mikrolencsézés effektust bemutató illusztráció. Középen látható a fehér törpe, mögötte bal oldalon a háttércsillag valós pozíciója, jobb oldalt pedig a fény elhajlása miatt megfigyelt pozíciója. (Forrás: NASA, ESA, A. Feild (STSCI))

Először 2017-ben detektáltak gravitációs mikrolencsehatást egy kettős rendszerben keringő fehér törpe, a Stein 2051 b esetében, most pedig először sikerült közvetlenül megmérni a hatás segítségével egy egyedül álló fehér törpe tömegét. A Gaia méréseiből készül a galaxisunk legpontosabb 3D térképe, aminek segítségével előre tudták jelezni a LAWD 37 fehér törpe mozgását. Ebből meghatározták, hogy mikor kerül megfelelő pozícióba a gravitációs mikrolencsézés hatásának megfigyeléséhez. A Gaia-adatok alapján a megfelelő időben a megfelelő helyre irányították a Hubble-űrteleszkópot és 2019 novemberében sikeresen megfigyelték az elhaladást.

Mivel a háttércsillag fénye elég halvány volt, a fő kihívást a valós adatok és a zaj megkülönböztetése jelentette. Peter McGill elmondása szerint ezek az események ritkák, a hatás pedig igen apró. A kutatócsoport által kimért hatás mérete ahhoz hasonlítható, mintha a Földről egy a Holdon parkoló autó hosszúságát szeretnénk kimérni. Miután sikerült elkülöníteni a lencsézés jelét, meghatározták a háttérforrás asztrometriai kitérését, ami a fehér törpe tömegétől függ; így számították ki, hogy a LAWD 37 tömege a Nap tömegének 56%-a. Ez jó egyetértésben van korábbi elméleti modellekkel is, illetve a fehér törpék fejlődésmodelljeinek előrejelzéseivel is.

Peter McGill kiemelte, hogy a Gaia igazi áttörést jelent a csillagászatban, hiszen az adataiból előre lehet jelezni a hasonló eseményeket, amiket így meg is tudunk figyelni. A továbbiakban is folytatni szeretnék a gravitációs mikrolencséző események megfigyelését, hogy még több típusú csillag tömegét meg tudják így határozni.

Forrás: Cambridge-i Egyetem

Hozzászólás

hozzászólás