Astronomi su pomoću NASA-inog Svemirskog teleskopa Hubble po prvi put neposredno izmjerili masu jednog samostalnog, izoliranog bijelog patuljka - preživjele jezgre jedne dogorjele zvijezde slične Suncu
Istraživači su ustanovili da taj bijeli patuljak ima 56 posto mase našeg Sunca (m = 0,56 +/- 0,08 Sunčevih masa). To je u skladu s ranijim teorijskim predviđanjima mase toga bijelog patuljka, te ide u prilog trenutno važećim teorijama o načinu na koji se bijeli patuljci pretvaraju u završni proizvod razvojnog puta tipične zvijezde. (Jedan znanstveni rad iz 2000. g, kojim je bilo opisano opsežno fotometrijsko i spektralno premjeravanje većeg broja bijelih patuljaka, uz izmjeru njihovih udaljenosti primjenom paralakse i trigonometrije (puno prije Gaije!), dao je procjenu mase ovog bijelog patuljka (WD 1142-645) od m = 0,75 Sunčevih masa. Prim prev.) Ova jedinstvena opservacija pruža uvide u građu i sastav bijelih patuljaka.
Sve dosad su bijelim patuljcima mase mjerene tako što je promatrano njihovo gibanje u dvojnim zvjezdanim sustavima. Praćenjem pomicanja dviju zvijezda koje orbitiraju jedna oko druge, moguće je na njih primijeniti običnu Newtonovsku fiziku, te im na taj način izmjeriti mase. Međutim, takve izmjere mogu biti nepouzdane ako zvijezda pratilja bijelog patuljka ima orbitalni period od više stotina ili tisuća godina. U takvim je slučajevima teleskopima moguće mjeriti samo kratki segment patuljkovog orbitalnog gibanja.
U slučaju ovog bijelog patuljka koji nema družicu, istraživači su morali primijeniti jedan prirodni trik, zvan gravitacijska mikroleća. Svjetlo iz pozadinske zvijezde je bilo malo skrenuto usljed izobličenosti prostora oko bijelog patuljka, nama puno bližeg. Dok je patuljak prolazio iza pozadinske zvijezde, mikroleća je učinila da zvijezda izgleda privremeno odmaknuta od svog stvarnog položaja na nebu.
O ovom istraživanju je podnesen izvještaj u Mjesečnim vijestima Kraljevskog astronomskog društva. Glavni autor toga znanstvenog rada je Peter McGill, ranije sa Sveučilišta Cambridge (a sada s Kalifornijskog sveučilišta u Santa Cruzu).
McGill je uporabio Hubblea kako bi njime precizno izmjerio kako se svjetlo iz jedne daleke zvijezde svijalo oko bijelog patuljka zvanog LAWD 37. (LAWD je kratica od "Luyten, Atlas of White Dwarfs". Prim. prev.) Zbog toga svijanja se činilo da se mijenja prividni položaj pozadinske zvijezde.
Kailash Sahu iz STScI-ja u Baltimoru, glavni istraživač u ovom promatračkom programu, još je 2017. g. bio po prvi put iskoristio učinak mikroleće da njime izmjeri masu jednog drugog bijelog patuljka, Steina 2051 B. (Tome bijelom patuljku je izmjerena masa od m = 0,675 +/- 0,051 Sunčevih masa. Prim. prev.) Ali taj se bijeli patuljak nalazi u široko razmaknutom dvojnom sustavu. "Naša nova opservacija je revolucionarna jer je LAWD 37 usamljeni objekt", kaže Sahu.
Urušeni ostatak zvijezde koja je sagorjela prije milijardu godina, LAWD 37 je već bio intenzivno proučavan jer se nalazi na samo 15 svjetlosnih godina od nas, u (južnom) zviježđu Muhe. (LAWD 37 je po udaljenosti četvrti bijeli patuljak od nas. Prim. prev.) "Kako nam je taj bijeli patuljak razmjerno blizu, imamo o njemu puno podataka, imamo spektar njegova svjetla, ali nam je nedostajala izmjera njegove mase", kaže McGill.
Istraživački tim je naciljao na bijelog patuljka zahvaljujući ESA-inom svemirskom opservatoriju Gaiji, koji izuzetno precizno mjeri položaje skoro 2 milijarde zvijezda. Kako bi se pratilo gibanje neke zvijezde, mogu se koristiti Gaijine višekratne opservacije. Na temelju tih podataka, astronomi su bili u mogućnosti predvidjeti da će LAWD 37 u studenom 2019. g. nakratko proći ispred jedne pozadinske zvijezde.
Jednom kada je to postalo poznato, tijekom nekoliko godina koliko je trajao prividni susret nje i bijelog patuljka, Hubble je korišten za precizno mjerenje iznosa otklona položaja pozadinske zvijezde.
"Takvi događaji su rijetki, a promjene su sićušne", kaže McGill. "U ovom slučaju, veličina otklona je bila jednaka onoj koju bi imala dužina automobila na Mjesecu, ako bismo ga promatrali sa Zemlje."
Kako je svjetlo pozadinske zvijezde bilo vrlo slabo, najveći izazov za ove astronome je bio razdvojiti njenu sliku od blještanja bijelog patuljka, 400 puta sjajnijeg od zvijezde. (LAWD 37 ima optički sjaj od oko m = 11,5. Iz toga podatka i prethodne rečenice proizlazi da sjaj pozadinske zvijezde iznosi m = 18,0. Drugi paket Gaijih podataka, koji je bio objavljen u travnju 2018. g, kaže da je optički sjaj te zvijezde (Gaia DR2/3 5332606350796955904) m = 18,6. Zvijezda ima paralaksu od 386 lučnih mikrosekunda, što bi značilo da je od nas udaljena skoro 8,5 tisuća svjetlosnih godina. Prim. prev.) Jedino Hubble može u vidljivom svjetlu provoditi tu vrstu promatranja visoke kontrastnosti.
"Preciznost izmjere mase LAWD 37 nam omogućuje da provjerimo (naše shvaćenje) odnos(a) mase i promjera bijelih patuljaka", nastavlja McGill. "To znači provjeru teorije o degeneriranoj tvari (plinu koji je gravitacijom zbijen do te mjere da se ponaša više kao kruta tvar) u ekstremnim uvjetima kakvi vladaju unutar te mrtve zvijezde."
Istraživači kažu da ovi rezultati utiru put budućim predviđanjima sličnih događaja Gajinim podacima. Osim Hubblea, takva poravnavanja sada može uočiti i NASA-in Svemirski teleskop James Webb. Kako Webb opservira u infracrvenim zrakama, plavo blještanje nama bližeg bijelog patuljka će njemu izgledati prigušenije, dok će mu pozadinska zvijezda biti sjajnija.
Na temelju Gaijine sposobnosti predviđanja, Sahu sada Webbom prati jednog drugog bijelog patuljka, LAWD 66. Prva je opservacija načinjena prošle godine. Uslijedit će i druga promatranja, a očekuje se da će otkloni položaja pozadinske zvijezde biti najizraženiji tijekom 2024. g, nakon čega će oni opadati.
"Gaia je zbilja promijenila pravila igre! Uistinu je uzbudljivo to što sada možemo njenim podacima prvo predvidjeti neki ovakav događaja, a onda ga i gledati dok se odvija", kaže McGill. "Želimo nastaviti mjeriti učinke gravitacijskih mikroleća, te na taj način izmjeriti mase još puno drugih vrsta zvijezda."
U svojoj općoj teoriji relativnosti, objavljenoj 1915. g, (Albert) Einstein je predvidio da će svjetlo pozadinske zvijezde - dok neki masivni i zbijeni objekt prolazi ispred nje - biti svijeno oko toga nama bližeg objekta. Potonji objekt svojom gravitacijom izobličuje prostor oko sebe i tjera svjetlo da prati to izobličenje.
Točno stotinu godina prije ove nove Hubbleove opservacije, 1919. g, dvije britanske ekspedicije na južnu Zemljinu polukuglu su po prvi put opazile taj učinak gravitacijske leće, i to tijekom potpune pomrčine Sunce koja se zbila 19. svibnja. Opažanje je proglašeno prvim eksperimentalnim dokazom opće relativnosti: pokazano je da gravitacija svija prostor. Međutim, zbog preciznosti koju bi trebalo postići, Einsten je bio pesimističan u pogledu izgleda da taj učinak ikada bude opažen u objekata izvan Sunčevog sustava. "Mi smo izmjerili odmak koji je 625 puta manji od učinka opaženog za te pomrčine Sunca iz 1919. g.", primijećuje McGill.
U sredini Hubbleove slike je LAWD 37. Premda je njegova fuzijska peć ugašena, toplina zarobljena unutar bijelog patuljka se polako cijedi kroz njegovu površinu i održava je na usijanih 100 tisuća Celzijevih stupnjeva. Zbog toga taj stelarni ostatak jarko blista.
Na dodatnoj slici je u pravokutniku posve gore desno prikazana putanja bijelog patuljka u odnosu na pozadinsku zvijezdu, 2019. g. Valovita plava crta prikazuje prividno gibanje patuljka preko našeg neba. Premda se patuljak gibao pravocrtno, gibanje Zemlje oko Sunca je zbog paralakse proizvelo to sinusoidno kolebanje. (Taj bijeli patuljak je od nas udaljen samo 15 svjetlosnih godina, pa se prilično brzo pomiče u odnosu na zvjezdanu pozadinu.) (LAWD 37 se na nebu godišnje pomakne za oko 2,7 lučnih sekunda. Prim. prev.)
U pravokutnicima na desnoj strani su prikazane pojedine opservacije LAWD 37. Bijeli patuljak ima na njima "šiljak" jer je bio toliko sjajan da se njegovo svjetlo "razlilo" po CCD detektoru Hubbleove kamere. (Korištena je WFC3, a zabilježene su valne duljine od 555 i 814 nanometara. Prim. prev.) U jednom slučaju (3. siječnja 2020. g.) je taj šiljak zasmetao i onemogućio opažanje pozadinske zvijezde. (Položaj promatrane pozadinske zvijezde je na tim slikama istaknut zelenim kružnicama. Prim. prev.)
SCIENCE: NASA, ESA, Peter McGill (UC Santa Cruz, IoA), Kailash Sahu (STScI), Ann Feild (STScI); IMAGE PROCESSING: Joseph DePasquale (STScI)
https://hubblesite.org/.../news-releases/2023/news-2023-004
Preuzeto sa https://bit.ly/3jw5xkI (Zoran Knez)
Za AM izabrao i prosledio: Miša Bracić
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
