06/02/2023 - 7:57
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 como o Sol queimada.
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Os pesquisadores descobriram que a anã branca tem 56% da massa do nosso Sol. Isso concorda com as 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 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 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 da anã.
Truque da natureza
Para essa anã branca sem companhia, os pesquisadores tiveram de 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 relatados na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. O principal autor é Peter McGill, anteriormente da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, e agora baseado na Universidade da Califórnia, em Santa Cruz (EUA).
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, EUA, o principal investigador do Hubble nesta última observação, usou microlente 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 a LAWD 37 é totalmente independente”, disse Sahu.
Peça que faltava
Restos desmoronados de uma estrela que queimou há 1 bilhão de anos, a LAWD 37 foi amplamente estudada porque está a apenas 15 anos-luz de distância na constelação de Musca (a mosca). “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 a medida 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 2 bilhões de posições estelares. Múltiplas observações do observatório Gaia podem ser usadas para rastrear o movimento de uma estrela. Com base nesses dados, os astrônomos conseguiram prever que a 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.”
Alto contraste
Como a luz da estrela de fundo era muito 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 em um milhão, ainda é extremamente difícil fazer essas medições”, disse Leigh Smith, da Universidade de Cambridge. “O brilho da anã branca pode causar listras em direções imprevisíveis, o que significa que tivemos de analisar cada uma das observações do Hubble com extremo cuidado, e suas limitações, para modelar o evento e estimar a massa de LAWD 37.”
“A precisão da medição de massa da 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 pela gravidade que se comporta mais como matéria sólida) nas 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/ESA/CSA. Como o 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.
Mudança de jogo
Com base nos poderes preditivos do Gaia, Sahu está observando outra anã branca, LAWD 66, com o Webb. 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 empolgante 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 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 curvaria ao redor 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 em 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.
