Hur man väger en vit dvärgstjärna

 

Astronomer som använde NASA:s rymdteleskop Hubble har för första gången mätt massan direkt av en vit dvärgstjärna. En vit dvärgstjärna är den rest som blir kvar efter att en solliknande stjärna gjort slut på sitt bränsle (slutet även för vår sol).

Astronomerna fann att den vita dvärgen bestod av 56 procent av vår sols massa. Detta överensstämmer med tidigare teoretiska förutsägelser om den vita dvärgens massa och bekräftar nuvarande teorier om hur vita dvärgar utvecklas till sin slutprodukt i en typisk stjärnas utveckling. Den unika observationen ger insikter i teorien om vita dvärgars struktur och sammansättning.

Hittills har tidigare vita dvärgmassemätningar kommit från observationer och mätning av vita dvärgar i binära stjärnsystem. Genom att se på rörelsen hos två stjärnor som kretsar kring varandra kan enkel newtonsk fysik användas för att mäta deras massor. Dessa mätningar kan dock bli osäkra om en vita dvärgs följeslagare befinner sig i en lång periodisk omloppsbana på hundratals eller tusentals år om denna (även om de är binärer).

Då det gäller den ensamma vita dvärgstjärnan ovan var forskare tvungna att använda ett trick av naturen, kallat gravitationell mikrolinsning. Innebärande att då ljuset från en bakgrundsstjärna avböjs något som sker  genom  gravitationsförvrängning från en stjärna i bakgrunden till den stjärna som observeras. När den vita dvärgen passerade framför bakgrundsstjärnan fär mikrolinsning  stjärnan att tillfälligt ses förskjuten från sin faktiska position på himlen och ser då större ut.

Resultatet av mätning och hur den gick till finns beskrivs i  Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Huvudförfattaren är Peter McGill, som arbetat vid University of Cambridge (men nu baserad vid University of California, Santa Cruz).

McGill använde Hubble för att  mäta den  vita dvärgen,  LAWD 37 som finns 15 ljusår från oss. 

Kailash Sahu från Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland var den ledande Hubble-utredaren för den senaste observation och använde redan mikrolinsning 2017 för att mäta massan av en vit dvärg, Stein 2051 B. Men den dvärgen finns i ett binärt system. "Vår senaste observation ger ett nytt riktmärke eftersom LAWD 37 är en ensam vit dvärg", sa Sahu.

De kollapsade resterna av en stjärna som brann ut för 1 miljard år sedan, LAWD 37 har studerats omfattande  den finns bara 15 ljusår bort i stjärnbilden Flugan. "Eftersom den här vita dvärgen är relativt nära oss har vi mycket data om den - vi har information om dess ljusspektrum, men saknade ett mått på dess massa", säger McGill.

Teamet använde  ESA:s rymdobservatorium Gaia, som gör utomordentligt exakta mätningar av nästan 2 miljarder stjärnpositioner. Vid flera Gaia-observationer över tid kan man spåra en stjärnas rörelse. Baserat på dessa data kunde astronomer förutsäga att LAWD 37 ett kort ögonblick skulle passera framför en bakgrundsstjärna i november 2019.

När detta väl var känt användes Hubble för att exakt under flera års tid mäta  hur bakgrundsstjärnans skenbara position på himlen tillfälligt avböjdes under den vita dvärgens passage.

"Dessa händelser är sällsynta och effekterna är små", säger McGill. "Till exempel är storleken på vår uppmätta förskjutning är som att mäta längden på en bil på månen sett från jorden."

Eftersom ljuset från bakgrundsstjärnan var så svagt var den största utmaningen för astronomerna att extrahera sin bild från bländningen av den vita dvärgen, som är 400 gånger ljusstarkare än bakgrundsstjärnan. Endast Hubble kan göra den här typen av högkontrastobservationer i synligt ljus.

Forskarna säger att deras resultat öppnar dörren för framtida händelseförutsägelser med hjälp av Gaia-data.

Rymdteleskopet Hubble är ett projekt för internationellt samarbete mellan NASA och ESA. NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, förvaltar teleskopet. Space Telescope Science Institute (STScI) i Baltimore bedriver Hubbles vetenskapliga verksamhet. STScI drivs för NASA av Association of Universities for Research in Astronomy, i Washington, DC.

Bild https://esahubble.org/images/heic2301a/ på den vita dvärgstjärnan LAWD 37.