Hubble mede diretamente a massa de uma anã branca solitária

Os pesquisadores descobriram que a anã branca tem 56% da massa do nosso Sol. Isso concorda com as previsões teóricas anteriores da massa da anã branca e corrobora as teorias atuais de como as anãs brancas evoluem como o produto final da evolução de uma estrela típica. A observação única fornece informações sobre as teorias da estrutura e composição das anãs brancas.

Até agora, as medições anteriores de massa de anãs brancas foram obtidas a partir da observação de anãs brancas em sistemas estelares binários. Observando o movimento de duas estrelas coorbitantes, a física newtoniana direta pode ser usada para medir suas massas. No entanto, essas medições podem ser incertas se a estrela companheira da anã branca estiver em uma órbita de longo período de centenas ou milhares de anos. O movimento orbital pode ser medido por telescópios apenas em uma breve fatia do movimento orbital do anão.

Para esta anã branca sem companhia, os pesquisadores tiveram que empregar um truque da natureza, chamado microlente gravitacional. A luz de uma estrela de fundo foi levemente desviada pela curvatura gravitacional do espaço pela estrela anã em primeiro plano. À medida que a anã branca passava em frente à estrela de fundo, a microlente fazia com que a estrela aparecesse temporariamente deslocada de sua posição real no céu.

Os resultados são divulgados no Avisos Mensais da Royal Astronomical Society. O principal autor é Peter McGill, anteriormente da Universidade de Cambridge (agora baseado na Universidade da Califórnia, Santa Cruz).

McGill usou o Hubble para medir com precisão como a luz de uma estrela distante se curvava em torno da anã branca, conhecida como LAWD 37, fazendo com que a estrela de fundo mudasse temporariamente sua posição aparente no céu.

Kailash Sahu, do Space Telescope Science Institute em Baltimore, Maryland, o principal investigador do Hubble nesta última observação, usou microlentes pela primeira vez em 2017 para medir a massa de outra anã branca, Stein 2051 B. Mas essa anã está em um sistema binário amplamente separado . “Nossa observação mais recente fornece uma nova referência porque o LAWD 37 é totalmente independente”, disse Sahu.

Os restos desmoronados de uma estrela que queimou há 1 bilhão de anos, LAWD 37, foi amplamente estudada porque está a apenas 15 anos-luz de distância na constelação de Musca. “Como esta anã branca está relativamente perto de nós, temos muitos dados sobre ela – temos informações sobre seu espectro de luz, mas a peça que faltava no quebra-cabeça é a medida de sua massa”, disse McGill.

A equipe se concentrou na anã branca graças ao observatório espacial Gaia da ESA, que faz medições extraordinariamente precisas de quase 2 bilhões de posições estelares. Múltiplas observações do Gaia podem ser usadas para rastrear o movimento de uma estrela. Com base nesses dados, os astrônomos conseguiram prever que o LAWD 37 passaria brevemente em frente a uma estrela de fundo em novembro de 2019.

Uma vez que isso foi conhecido, o Hubble foi usado para medir com precisão ao longo de vários anos como a posição aparente da estrela de fundo no céu foi temporariamente desviada durante a passagem da anã branca.

“Esses eventos são raros e os efeitos são minúsculos”, disse McGill. “Por exemplo, o tamanho de nosso deslocamento medido é como medir o comprimento de um carro na Lua visto da Terra.”

Como a luz da estrela de fundo era tão fraca, o principal desafio para os astrônomos foi extrair sua imagem do brilho da anã branca, que é 400 vezes mais brilhante que a estrela de fundo. Somente o Hubble pode fazer esses tipos de observações de alto contraste na luz visível.

“A precisão da medição de massa do LAWD 37 nos permite testar a relação massa-raio das anãs brancas”, disse McGill. “Isso significa testar a teoria da matéria degenerada (um gás tão supercomprimido sob a gravidade que se comporta mais como matéria sólida) sob as condições extremas dentro desta estrela morta”, acrescentou.

Os pesquisadores dizem que seus resultados abrem as portas para previsões de eventos futuros com dados do Gaia. Além do Hubble, esses alinhamentos agora podem ser detectados com o Telescópio Espacial James Webb da NASA. Como Webb trabalha em comprimentos de onda infravermelhos, o brilho azul de uma anã branca em primeiro plano parece mais escuro na luz infravermelha e a estrela de fundo parece mais brilhante.

Com base nos poderes preditivos de Gaia, Sahu está observando outra anã branca, LAWD 66, com o Telescópio Espacial James Webb da NASA. A primeira observação foi feita em 2022. Mais observações serão feitas quando a deflexão atingir o pico em 2024 e depois diminuir.

“O Gaia realmente mudou o jogo – é emocionante poder usar os dados do Gaia para prever quando os eventos acontecerão e depois observá-los acontecendo”, disse McGill. “Queremos continuar medindo o efeito de microlente gravitacional e obter medições de massa para muitos outros tipos de estrelas.”

Em sua teoria da relatividade geral de 1915, Einstein previu que quando um objeto compacto massivo passa na frente de uma estrela de fundo, a luz da estrela se curvaria ao redor do objeto em primeiro plano devido à deformação do espaço por seu campo gravitacional.

Exatamente um século antes desta última observação do Hubble, em 1919, duas expedições organizadas pelos britânicos ao hemisfério sul detectaram pela primeira vez esse efeito de lente durante um eclipse solar em 19 de maio. Foi saudado como a primeira prova experimental da relatividade geral – que a gravidade distorce o espaço. No entanto, Einstein estava pessimista de que o efeito poderia ser detectado para estrelas fora do nosso sistema solar por causa da precisão envolvida. “Nossa medição é 625 vezes menor do que o efeito medido no eclipse solar de 1919”, disse McGill.

O Telescópio Espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a ESA. O Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, administra o telescópio. O Space Telescope Science Institute (STScI) em Baltimore conduz as operações científicas do Hubble. O STScI é operado para a NASA pela Association of Universities for Research in Astronomy, em Washington, DC