Voor de eerste keer meet Hubble rechtstreeks de massa van een eenzame witte dwerg

[univers]

Astronomen die NASA's Hubble-ruimtetelescoop gebruiken , hebben voor het eerst rechtstreeks de massa gemeten van een enkele, geïsoleerde witte dwerg - de overgebleven kern van een uitgebrande, zonachtige ster.

Onderzoekers ontdekten dat de witte dwerg 56 procent van de massa van onze zon is. Dit komt overeen met eerdere theoretische voorspellingen van de massa van de witte dwerg en bevestigt de huidige theorieën over hoe witte dwergen evolueren als het eindproduct van de evolutie van een typische ster. De unieke waarneming levert inzichten op in theorieën over de structuur en samenstelling van witte dwergen.


De illustratie van deze kunstenaar laat zien hoe de zwaartekracht van een witte dwergster op de voorgrond de ruimte vervormt en het licht van een verre ster erachter afbuigt. Astronomen die NASA's Hubble-ruimtetelescoop gebruiken, hebben voor het eerst rechtstreeks de massa gemeten van een enkele, geïsoleerde witte dwerg (de overgebleven kern van een uitgebrande zonachtige ster) - dankzij deze optische truc van de natuur. Hoe groter de tijdelijke, oneindig kleine afbuiging van het beeld van de achtergrondster, hoe massiever de voorgrondster is. (Deze afwijking is zo klein dat het overeenkomt met het observeren van een mier die over het oppervlak van een wijk kruipt vanaf 2400 kilometer afstand.) Onderzoekers ontdekten dat de dwerg 56 procent van de massa van onze zon heeft. Dit effect, zwaartekrachtlensing genaamd, werd voorspeld als een gevolg van Einsteins algemene relativiteitstheorie van een eeuw geleden. Waarnemingen van een zonsverduistering in 1919 vormden het eerste experimentele bewijs voor de algemene relativiteitstheorie. Maar Einstein dacht niet dat hetzelfde experiment zou kunnen worden gedaan voor sterren buiten onze zon vanwege de buitengewone precisie die nodig is. Credits: NASA, ESA, Ann Feild (STScI)

Tot nu toe zijn eerdere massametingen van witte dwergen afgeleid van het observeren van witte dwergen in dubbelstersystemen. Door de beweging van twee naast elkaar draaiende sterren te observeren, kan rechttoe rechtaan Newtoniaanse fysica worden gebruikt om hun massa's te meten. Deze metingen kunnen echter onzeker zijn als de begeleidende ster van de witte dwerg zich in een langdurige omloopbaan van honderden of duizenden jaren bevindt. Orbitale beweging kan alleen door telescopen worden gemeten over een kort deel van de orbitale beweging van de dwerg.

Voor deze metgezelloze witte dwerg moesten onderzoekers een truc van de natuur gebruiken, genaamd gravitationele microlensing. Het licht van een achtergrondster werd enigszins afgebogen door de zwaartekrachtvervorming van de ruimte door de dwergster op de voorgrond. Toen de witte dwerg voor de achtergrondster passeerde, zorgde microlensing ervoor dat de ster tijdelijk verschoven leek ten opzichte van zijn werkelijke positie aan de hemel.

De resultaten worden gerapporteerd in de Monthly Notices van de Royal Astronomical Society . De hoofdauteur is Peter McGill, voorheen van de Universiteit van Cambridge (nu gevestigd aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz).

McGill gebruikte Hubble om precies te meten hoe licht van een verre ster rond de witte dwerg, bekend als LAWD 37, boog, waardoor de achtergrondster tijdelijk zijn schijnbare positie aan de hemel veranderde.

Kailash Sahu van het Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland, de belangrijkste Hubble-onderzoeker van deze laatste waarneming, gebruikte in 2017 voor het eerst microlensing om de massa van een andere witte dwerg, Stein 2051 B, te meten . Maar die dwerg zit in een sterk gescheiden binair systeem. "Onze laatste waarneming biedt een nieuwe maatstaf omdat LAWD 37 helemaal op zichzelf staat", zei Sahu.

De ingestorte overblijfselen van een ster die 1 miljard jaar geleden uitbrandde, LAWD 37 is uitgebreid bestudeerd omdat hij slechts 15 lichtjaar verwijderd is in het sterrenbeeld Musca. "Omdat deze witte dwerg relatief dicht bij ons staat, hebben we er veel gegevens over - we hebben informatie over zijn lichtspectrum, maar het ontbrekende stukje van de puzzel was een meting van zijn massa", zei McGill. .

Het team richtte zich op de witte dwerg dankzij ESA's Gaia-ruimteobservatorium, dat buitengewoon nauwkeurige metingen doet van bijna 2 miljard sterposities. Meerdere Gaia-waarnemingen kunnen worden gebruikt om de beweging van een ster te volgen. Op basis van deze gegevens konden astronomen voorspellen dat LAWD 37 in november 2019 kort voor een achtergrondster zou passeren.

Toen dit eenmaal bekend was, werd Hubble gebruikt om gedurende meerdere jaren nauwkeurig te meten hoe de schijnbare positie van de achtergrondster aan de hemel tijdelijk werd afgebogen tijdens de passage van de witte dwerg.

"Deze gebeurtenissen zijn zeldzaam en de effecten zijn klein", zei McGill. "De grootte van onze gemeten offset is bijvoorbeeld vergelijkbaar met het meten van de lengte van een auto op de maan, gezien vanaf de aarde."

Omdat het licht van de achtergrondster zo zwak was, was de grootste uitdaging voor astronomen het extraheren van het beeld van de witte dwerg, die 400 keer helderder is dan de achtergrondster. Alleen Hubble kan dit soort contrastrijke waarnemingen doen in zichtbaar licht.

"De precisie van de massameting van LAWD 37 stelt ons in staat om de massa-straalrelatie voor witte dwergen te testen", zei McGill. "Dit betekent het testen van de theorie van gedegenereerde materie (een gas dat onder de zwaartekracht zo supergecomprimeerd is dat het zich meer als vaste materie gedraagt) onder de extreme omstandigheden in deze dode ster," voegde hij eraan toe.


Deze afbeelding laat zien hoe microlensing werd gebruikt om de massa van een witte dwergster te meten. De dwerg, LAWD 37 genaamd, is een uitgebrande ster in het midden van deze afbeelding van de Hubble-ruimtetelescoop. Hoewel de kernfusie-oven is uitgeschakeld, sist de ingesloten warmte aan het oppervlak op 180.000 graden Fahrenheit, waardoor het stellaire overblijfsel fel gloeit. Het inzetkader geeft weer hoe de dwerg in 2019 voor een achtergrondster passeerde. De golvende blauwe lijn volgt de schijnbare beweging van de dwerg langs de hemel, gezien vanaf de aarde. Hoewel de dwerg een rechte baan volgt, zorgt de beweging van de aarde in een baan om de zon voor een schijnbare sinusvormige afwijking als gevolg van parallax. (De ster is slechts 15 lichtjaar verwijderd. Daarom beweegt hij sneller tegen de stellaire achtergrond.) Terwijl hij de zwakkere achtergrondster passeerde, de dwerg' Het zwaartekrachtveld vervormde de ruimte (zoals Einsteins algemene relativiteitstheorie een eeuw geleden voorspelde). En deze afbuiging werd nauwkeurig gemeten door de buitengewone resolutie van Hubble. De hoeveelheid afbuiging levert een massa op voor de witte dwerg van 56 procent van de massa van onze zon en geeft inzicht in theorieën over de structuur en samenstelling van witte dwergen. Dit is de eerste keer dat astronomen rechtstreeks de massa van een enkele, geïsoleerde witte dwergster hebben gemeten, dankzij een 'funhouse mirror'-truc van de natuur. s massa en geeft inzicht in theorieën over de structuur en samenstelling van witte dwergen. Dit is de eerste keer dat astronomen rechtstreeks de massa van een enkele, geïsoleerde witte dwergster hebben gemeten, dankzij een 'funhouse mirror'-truc van de natuur. s massa en geeft inzicht in theorieën over de structuur en samenstelling van witte dwergen. Dit is de eerste keer dat astronomen rechtstreeks de massa van een enkele, geïsoleerde witte dwergster hebben gemeten, dankzij een 'funhouse mirror'-truc van de natuur.
Credits: NASA, ESA, Peter McGill (UC Santa Cruz, IoA), Kailash Sahu (STScI); Beeldverwerking: Joseph DePasquale (STScI)

De onderzoekers zeggen dat hun resultaten de deur openen voor toekomstige gebeurtenisvoorspellingen met Gaia-gegevens. Naast Hubble kunnen deze uitlijningen nu worden gedetecteerd met NASA's James Webb Space Telescope. Omdat Webb werkt op infrarode golflengten, lijkt de blauwe gloed van een witte dwerg op de voorgrond zwakker in infrarood licht en ziet de ster op de achtergrond er helderder uit.

Gebaseerd op de voorspellende krachten van Gaia, observeert Sahu een andere witte dwerg, LAWD 66, met NASA's James Webb Space Telescope. De eerste waarneming is gedaan in 2022. Er zullen meer waarnemingen worden gedaan naarmate de doorbuiging piekt in 2024 en daarna afneemt.

"Gaia heeft het spel echt veranderd - het is opwindend om Gaia-gegevens te kunnen gebruiken om te voorspellen wanneer gebeurtenissen zullen plaatsvinden, en ze vervolgens te observeren", aldus McGill. "We willen doorgaan met het meten van het gravitationele microlenseffect en massametingen doen voor veel meer soorten sterren."

In zijn algemene relativiteitstheorie uit 1915 voorspelde Einstein dat wanneer een massief compact object voor een achtergrondster passeert, het licht van de ster rond het object op de voorgrond zou buigen als gevolg van het kromtrekken van de ruimte door zijn zwaartekrachtveld.



Precies een eeuw voor deze laatste Hubble-waarneming, in 1919, ontdekten twee door de Britten georganiseerde expedities naar het zuidelijk halfrond dit lenseffect voor het eerst tijdens een zonsverduistering op 19 mei. Het werd geprezen als het eerste experimentele bewijs van de algemene relativiteitstheorie - dat zwaartekracht de ruimte vervormt. Einstein was echter pessimistisch dat het effect ooit zou kunnen worden gedetecteerd voor sterren buiten ons zonnestelsel vanwege de betrokken precisie. "Onze meting is 625 keer kleiner dan het effect gemeten bij de zonsverduistering van 1919", zei McGill.

De Hubble-ruimtetelescoop is een project van internationale samenwerking tussen NASA en ESA. NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, beheert de telescoop. Het Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore voert wetenschappelijke Hubble-operaties uit. STScI wordt beheerd voor NASA door de Association of Universities for Research in Astronomy, in Washington, DC

https://www.nasa.gov/feature/goddard/20 ... hite-dwarf