Pela primeira vez, o Hubble mede diretamente a massa de uma anã branca solitária

 Astrônomos usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA / ESA mediram pela primeira vez diretamente a massa de uma única estrela anã branca isolada - o núcleo sobrevivente de uma estrela parecida com o Sol queimada.

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

O Hubble usou microlentes para medir a massa de uma estrela anã branca. A anã, chamada LAWD 37, é uma estrela queimada no centro desta imagem do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA. Embora seu forno de fusão nuclear tenha sido desligado, o calor aprisionado está chiando na superfície a cerca de 100.000 graus Celsius, fazendo com que o remanescente estelar brilhe ferozmente. A anã branca tem um "pico" porque é tão brilhante que a luz "sangrou" no detector CCD da câmera Hubble. Isso interferiu com uma das datas de observação para medir a posição dessa estrela de fundo no céu. [Descrição da imagem: Uma única estrela azul brilhante domina a cena contra um fundo escuro com muitas estrelas pequenas visíveis à distância.] Crédito: NASA, ESA, P. McGill (Universidade da Califórnia, Santa Cruz e Universidade de Cambridge), K. Sahu (STScI), J. Depasquale (STScI) 

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

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

Os resultados são relatados na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. O autor principal é Peter McGill, anteriormente da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, e agora baseado na Universidade da Califórnia, Santa Cruz.

McGill usou o Hubble para medir com precisão como a luz de uma estrela distante se dobrou 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 Instituto de Ciência do Telescópio Espacial em Baltimore, Maryland, EUA, o principal investigador do Hubble nesta última observação, usou pela primeira vez microlentes em 2017 para medir a massa de outra anã branca, Stein 2051 B. Mas essa anã está em um sistema binário amplamente separado. "Nossa última observação fornece uma nova referência porque a LAWD 37 é por si só", disse Sahu.

Os restos colapsados de uma estrela que queimou há 1 bilhão de anos, a LAWD 37, tem sido extensivamente estudada porque está a apenas 15 anos-luz de distância na constelação de Musca. "Como essa 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 era uma medição de sua massa", disse McGill. 

A equipe se concentrou na anã branca graças à missão Gaia da ESA, que faz medições extraordinariamente precisas de quase dois bilhões de posições estelares. Múltiplas observações do Gaia podem ser usadas para rastrear o movimento de uma estrela. Com base nesses dados, os astrônomos foram capazes de prever que a LAWD 37 passaria brevemente na frente de 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 do 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.

"Mesmo quando você identificou um evento tão grande em um milhão, ainda é extremamente difícil fazer essas medições", disse Leigh Smith, da Universidade de Cambridge. "O brilho da anã branca pode causar estrias em direções imprevisíveis, o que significa que tivemos que analisar cada uma das observações do Hubble com extremo cuidado, e suas limitações, para modelar o evento e estimar a massa do LAWD 37."

"A precisão da medição de massa do LAWD 37 nos permite testar a relação massa-raio para 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 a porta 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/ESA/CSA. Como o Webb funciona em comprimentos de onda infravermelhos, o brilho azul de uma anã branca em primeiro plano parece mais fraco na luz infravermelha, e a estrela de fundo parece mais brilhante.

Com base nos poderes preditivos de Gaia, Sahu está observando outra anã branca, a LAWD 66, com Webb. A primeira observação foi feita em 2022. Mais observações serão tomadas à medida que a deflexão atingir o pico em 2024 e depois diminuir.

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

Em sua teoria geral da relatividade de 1915, Einstein previu que quando um objeto compacto massivo passa na frente de uma estrela de fundo, a luz da estrela se dobraria em torno do objeto em primeiro plano por causa da 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 necessária. "Nossa medição é 625 vezes menor do que o efeito medido no eclipse solar de 1919", disse McGill.

Fonte: esahubble.org