Do tej pory wyznaczenia mas białych karłów wykonywane były w przypadku układów podwójnych, w których występował biały karzeł. Dokonywano tego na podstawie śledzenia ruchu orbitalnego gwiazd i stosowania praw fizyki Newtona. Jednak w przypadku układów o długich okresach, typu setek lub tysięcy lat, tego rodzaju pomiary mogą być niepewne, ponieważ nasza baza obserwacyjna obejmuje jedynie krótki fragment okresu orbitalnego.

Naukowcy postanowili spróbować wyznaczyć masę dla samotnego białego karła, wykorzystując pomoc natury w formie mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Zjawisko to zachodzi, gdy światło od dalekiej gwiazdy przechodzi w pobliżu bliższej gwiazdy i ulega zaburzeniu. Jest to jeden z efektów przewidywanych przez teorię Einsteina.

Taka sytuacja zdarzyła się w przypadku samotnego białego karła LAWD 37. Przeszedł na tle dalekiej gwiazdy, powodując tymczasową zmianę jej pozornej pozycji na niebie. Peter McGill, pracujący wcześniej na University of Cambridge w Wielkiej Brytanii, a obecnie na University of California w Santa Cruz w Stanach Zjednoczonych, wykorzystał Kosmiczny Teleskop Hubble’a do dokonania precyzyjnych pomiarów, w jaki sposób światło odległej gwiazdy uległo zakrzywieniu wokół białego karła.

Inny naukowiec, Kailash Sahu ze Space Telescope Science Institute w Baltimore (Maryland, USA), również uczestniczących w najnowszych pomiarach, wcześniej w 2017 roku wykorzystał mikrosoczewkowanie grawitacyjne do zmierzenia masy białego karła Stein 2051 B. Jednak biały karzeł Stein 2051 B znajduje się w układzie podwójnym gwiazd o dużej separacji składników. Natomiast biały karzeł LAWD 37 podróżuje w kosmosie samotnie.

Okazało się, że biały karzeł ma masę 56 proc. masy Słońca. Wartość ta jest zgodna z wcześniejszymi teoretycznymi przewidywaniami dla tego obiektu, jest więc potwierdzeniem poprawności aktualnych teorii dotyczących białych karłów jako końcowych produktów typowej ewolucji gwiazd. LAWD 37 znajduje się 15 lat świetlnych od nas w kierunku konstelacji Muchy. Jako tak bliski obiekt, jest intensywnie badany, ale brakowało pomiaru jego masy. Naukowcy zwrócili uwagę na białego karła LAWD 37 dzięki misji Gaia, prowadzonej przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA).

Obserwatorium Gaia dokonuje niezwykle dokładnych pomiarów pozycji gwiazd. Gdy ma się do dyspozycji wiele takich pomiarów, można spróbować przewidzieć ruch gwiazd. Na tej podstawie ustalono, że LAWD 37 przejdzie na tle innej gwiazdy w listopadzie 2019 roku. Przy pomocy Kosmicznego Teleskopu Hubble’a w okresie kilku lat dokonywano pomiarów pozornej pozycji dalekiej gwiazdy, aby ustalić, w jaki sposób wpływało na nią mikrosoczewkowanie grawitacyjne od białego karła.

Główną trudnością była kwestia wydobycia obrazu gwiazdy tła spod blasku białego karła, który jest 400 razy jaśniejszy od niej. Jedynie Kosmiczny Teleskop Hubble’a mógł dokonać tego typu obserwacji w zakresie światła widzialnego.

Uzyskane wyniki pozwalają na sprawdzenie relacji masa-promień dla białych karłów, czyli przetestowania teorii materii zdegenerowanej, z której zbudowane są białe karły. Badacze wskazują także, że ich wyniki otwierają drzwi do kolejnych podobnych przewidywań na podstawie danych z Gai, a do obserwacji będzie można wykorzystywać najnowszy Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, który działa w zakresie fal podczerwonych (w tym zakresie niebieska poświata od białego karła jest słabsza, a gwiazda tła nieco jaśniejsza). Zaczęli nawet w 2022 roku kolejne obserwacje: białego karła LAWD 66. Będą je kontynuować w 2024 roku, w maksimum mikrosoczewkowania grawitacyjnego.

Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.(PAP)

cza/ agt/